Whitepaper: Basisprincipes van de inperstechniek
DE INPERSZONE ALS ROBUUST ALTERNATIEF VOOR SOLDEERTEchniek
INLEIDING
Sinds de introductie ervan in de telecommunicatiesector heeft de inperstechniek zich ontwikkeld tot een gevestigde sleuteltechnologie in de auto- en industriële elektronica. Gezien de huidige trends, zoals elektrificatie, autonoom rijden en Industrie 4.0, worden de eisen aan betrouwbare en duurzame verbindingssystemen steeds hoger.
Vooral in ruwe omgevingen met trillingen, temperatuurschommelingen, vocht en mechanische belasting overtuigt de inperstechniek door een hoge proceszekerheid en langdurige stabiliteit. Ondanks verschillende ontwerpen van de inperszone streven alle oplossingen hetzelfde doel na: een duurzaam mechanisch stevige en elektrisch betrouwbare verbinding tussen printplaat en contact.
Dit wordt bereikt door de inperszone groter te ontwerpen dan het gat in de printplaat en deze met een gedefinieerde kracht in te persen. Zo ontstaat een gasdichte, elektrisch stabiele en mechanisch belastbare verbinding met een constant lage contactweerstand.
Vooral in ruwe omgevingen met trillingen, temperatuurschommelingen, vocht en mechanische belasting overtuigt de inperstechniek door een hoge proceszekerheid en langdurige stabiliteit. Ondanks verschillende ontwerpen van de inperszone streven alle oplossingen hetzelfde doel na: een duurzaam mechanisch stevige en elektrisch betrouwbare verbinding tussen printplaat en contact.
Dit wordt bereikt door de inperszone groter te ontwerpen dan het gat in de printplaat en deze met een gedefinieerde kracht in te persen. Zo ontstaat een gasdichte, elektrisch stabiele en mechanisch belastbare verbinding met een constant lage contactweerstand.
BASISPRINCIPES
Bij de inperstechniek wordt een elektrische verbinding tussen de connector en de printplaat tot stand gebracht door een contactpen (pin) in een doorlopend geperforeerd gat in de printplaat te persen.
De inperstechniek is gebaseerd op een eenvoudig principe:
de inperszone van een contactpen heeft in dwarsdoorsnede een grotere diagonaal dan het gemetalliseerde gat in de printplaat. De vervorming die bij het inpersen ontstaat, wordt opgevangen door de flexibele zone aan de contactpin, zodat de printplaatbus slechts in geringe mate wordt vervormd. Hierdoor ontstaat tussen de contactpin en het gemetalliseerde printplaatgat een koudlasverbinding: een gasdichte, corrosiebestendige, laagohmige en elektrisch zeer geleidende verbinding. Deze blijft ook bij hoge mechanische en thermische belastingen – zoals trillingen, buiging en sterke temperatuurschommelingen – duurzaam stabiel.
Wij raden aan om tijdens het inpersproces een procesbegeleidende bewaking uit te voeren. Kracht-weg-analyses en camera-gebaseerde systemen maken een betrouwbare beoordeling van de verbindingskwaliteit mogelijk.
Naast de beproefde inperstechniek met onze inperszone Tcom press® biedt ept ook andere aansluittechnologieën aan, zoals gesoldeerde doorvoerverbindingen, THR of SMT – telkens afgestemd op de toepassing.
De inperstechniek is gebaseerd op een eenvoudig principe:
de inperszone van een contactpen heeft in dwarsdoorsnede een grotere diagonaal dan het gemetalliseerde gat in de printplaat. De vervorming die bij het inpersen ontstaat, wordt opgevangen door de flexibele zone aan de contactpin, zodat de printplaatbus slechts in geringe mate wordt vervormd. Hierdoor ontstaat tussen de contactpin en het gemetalliseerde printplaatgat een koudlasverbinding: een gasdichte, corrosiebestendige, laagohmige en elektrisch zeer geleidende verbinding. Deze blijft ook bij hoge mechanische en thermische belastingen – zoals trillingen, buiging en sterke temperatuurschommelingen – duurzaam stabiel.
Wij raden aan om tijdens het inpersproces een procesbegeleidende bewaking uit te voeren. Kracht-weg-analyses en camera-gebaseerde systemen maken een betrouwbare beoordeling van de verbindingskwaliteit mogelijk.
Naast de beproefde inperstechniek met onze inperszone Tcom press® biedt ept ook andere aansluittechnologieën aan, zoals gesoldeerde doorvoerverbindingen, THR of SMT – telkens afgestemd op de toepassing.
VOORDELEN VAN DE INPERSMETHODE
De inperstechniek biedt ten opzichte van de traditionele soldeertechniek talrijke voordelen op kwalitatief, economisch, functioneel en ecologisch vlak. Ze onderscheidt zich door een zeer hoge betrouwbaarheid en mechanische belastbaarheid en is bijzonder goed bestand tegen schokken en trillingen. Bovendien worden typische fouten zoals koude soldeerpunten of kortsluitingen voorkomen.
Ook economisch overtuigt de inperstechniek door haar repareerbaarheid en een kostenefficiënte bestukking. Functioneel maakt ze een procesveilige verwerking mogelijk zonder thermische belasting van de printplaat, waardoor componenten worden ontzien. Tegelijkertijd blijven de contacten van de connectoren vrij van soldeersel.
Bovendien biedt de inperstechniek ecologische voordelen, omdat er geen soldeerdampen of fluxresten ontstaan en er geen extra reinigingsprocessen nodig zijn. Ze voldoet daarmee aan de huidige milieueisen en richtlijnen zoals RoHS en WEEE.
Ook economisch overtuigt de inperstechniek door haar repareerbaarheid en een kostenefficiënte bestukking. Functioneel maakt ze een procesveilige verwerking mogelijk zonder thermische belasting van de printplaat, waardoor componenten worden ontzien. Tegelijkertijd blijven de contacten van de connectoren vrij van soldeersel.
Bovendien biedt de inperstechniek ecologische voordelen, omdat er geen soldeerdampen of fluxresten ontstaan en er geen extra reinigingsprocessen nodig zijn. Ze voldoet daarmee aan de huidige milieueisen en richtlijnen zoals RoHS en WEEE.
NADELEN VAN DE INPERSMETHODE
Ondanks de vele voordelen kent de inperstechniek ten opzichte van de soldeertechniek ook enkele beperkingen. Deze techniek stelt hoge eisen aan de kwaliteit van de printplaten, met name wat betreft de diameter van de gaten en de toleranties, en vereist speciaal gereedschap en apparatuur, wat tot hogere investeringskosten leidt.
Bovendien ontstaan er tijdens het inpersproces mechanische belastingen die bij onjuist gebruik tot schade kunnen leiden. Ook de miniaturisatie is in vergelijking met de soldeertechniek deels beperkt.
Bovendien ontstaan er tijdens het inpersproces mechanische belastingen die bij onjuist gebruik tot schade kunnen leiden. Ook de miniaturisatie is in vergelijking met de soldeertechniek deels beperkt.
SELECTIECRITERIA VOOR DE INPERSMETHODE
Een betrouwbare persverbinding is gebaseerd op de optimale combinatie van verschillende kwaliteitskenmerken. Daarbij zijn met name het ontwerp van de perszone, de specifieke toepassing, de eigenschappen van de printplaat en het verwerkingsproces van cruciaal belang.
Alleen als deze factoren op elkaar zijn afgestemd, kan de perstechniek haar volledige potentieel ontplooien en een duurzaam stabiele, mechanisch belastbare en elektrisch veilige verbinding garanderen.
Alleen als deze factoren op elkaar zijn afgestemd, kan de perstechniek haar volledige potentieel ontplooien en een duurzaam stabiele, mechanisch belastbare en elektrisch veilige verbinding garanderen.
I. Selectiecriteria voor de printplaat
In de tabel worden verschillende oppervlakken van printplaten vergeleken op het gebied van laagdikte en geschiktheid voor de inperstechniek.
| Oppervlak | |||||
| Immersie Sn | ENIG | Immersie Ag | OSP | HAL loodvrij | |
| Laagdikte | 0,8 tot 0,2 µm | 5 µm Ni 0,1 µm Au | 0,1 - 0,2 µm | 0,1 - 0,5 µm | <5 - 50 µm |
| Geschiktheid voor inperstechniek | zeer goed | beperkt* | beperkt* | goed | beperkt* |
Immersietin is het meest geschikt, OSP wordt als goed beoordeeld, terwijl ENIG, immersiezilver en loodvrij HAL slechts in beperkte mate geschikt zijn – afhankelijk van de toepassing.
Daarnaast worden typische inperszones getoond, die meestal bestaan uit tin of tinlegeringen op een nikkellaag. Al met al maakt de folie duidelijk dat de keuze van het oppervlak een doorslaggevende invloed heeft op de kwaliteit en betrouwbaarheid van de inperstechniek en dat deze keuze, afhankelijk van de toepassing, zorgvuldig moet worden gemaakt.
Daarnaast worden typische inperszones getoond, die meestal bestaan uit tin of tinlegeringen op een nikkellaag. Al met al maakt de folie duidelijk dat de keuze van het oppervlak een doorslaggevende invloed heeft op de kwaliteit en betrouwbaarheid van de inperstechniek en dat deze keuze, afhankelijk van de toepassing, zorgvuldig moet worden gemaakt.
II. Selectiecriteria voor de inperszone
In de inperszone zijn de volgende oppervlakken mogelijk: matte tin-, tin-lood-, zilver-tin- of tin-zilver- en indiumlagen, telkens op een nikkellaag.
| Oppervlakken | ||
| 0,30 - 1,50 µm Sn mat | over | 1 - 3 µm Ni mat |
| 0,30 - 1,50 µm SnPb 92/8 - 97/3 mat | over | 1 - 3 µm Ni mat |
| 0,35 - 1,50 µm AgSn of SnAg | over | 1 - 3 µm Ni mat |
| 0,30 - 1,50 µm In | over | 1 - 3 µm mat Ni |
Het juiste oppervlak is cruciaal voor een betrouwbare persverbinding. Het beïnvloedt de perskrachten en moet onder belasting plastisch vervormen zonder te beschadigen. Tegelijkertijd zorgt het voor een stabiel elektrisch contact, beschermt het tegen corrosie en vermindert het de overgangsweerstand. Een geschikte coating helpt bovendien schade aan de printplaat te voorkomen en een veilig, reproduceerbaar proces te garanderen.
OPBOUW VAN DE GATEN
Voor een hoogwaardige persverbinding moet bij de productie van printplaten speciale aandacht worden besteed aan de boorgatdiameter, de diameter van het eindgat, de dikte van de koperen huls en het oppervlak van de printplaat.
De juiste gatstructuur is cruciaal, omdat deze direct invloed heeft op de mechanische stabiliteit en de elektrische betrouwbaarheid van de verbinding. Alleen bij correct op elkaar afgestemde gat- en hulsafmetingen ontstaat de noodzakelijke perspassing, die een stevige bevestiging en een constant contact garandeert. Afwijkingen kunnen leiden tot te hoge inperskrachten, beschadigingen van de doorlopende contacten of onvoldoende contact. Bovendien draagt een geschikte gatafmeting bij aan het compenseren van productietoleranties en het waarborgen van een constante proceskwaliteit.
De volgende gatafmeting is een voorbeeld van een uitvoering.
De juiste gatstructuur is cruciaal, omdat deze direct invloed heeft op de mechanische stabiliteit en de elektrische betrouwbaarheid van de verbinding. Alleen bij correct op elkaar afgestemde gat- en hulsafmetingen ontstaat de noodzakelijke perspassing, die een stevige bevestiging en een constant contact garandeert. Afwijkingen kunnen leiden tot te hoge inperskrachten, beschadigingen van de doorlopende contacten of onvoldoende contact. Bovendien draagt een geschikte gatafmeting bij aan het compenseren van productietoleranties en het waarborgen van een constante proceskwaliteit.
De volgende gatafmeting is een voorbeeld van een uitvoering.
| LP-materiaal | FR4 | |
| Nominaal gat | Ø 1,0 mm | |
| A | Dikte printplaat | min. 1,44 mm |
| B | Eindgat | Ø 1,0 +0,09 / -0,06 mm |
| C | Basisboring | 1,15 ±0,025 mm |
| D | Cu-laag | min. 25 µm |
| E | Oppervlak | chemische Sn-laag, 0,5 – 1,5 µm |
| F | Restring | min. 0,1 mm |
VERWERKING
Voor een duurzaam mechanisch en elektrisch betrouwbare verbinding is een gecontroleerd inpersproces van cruciaal belang. Het gebruik van een bovenmatrijs en een tegenhouder is absoluut noodzakelijk.
De bovenmatrijs brengt de kracht van de pers over op het contact, terwijl de tegenhouder de printplaat ondersteunt en beschermt tegen mechanische spanningen. Afhankelijk van de connector worden platte plaat- of kamgereedschappen gebruikt.
Als de gereedschappen niet optimaal op elkaar zijn afgestemd, kunnen er ongewenste krachten op de printplaat inwerken en reeds gemonteerde componenten beschadigen. De inperskracht moet volledig door het ondergereedschap worden opgevangen.
Printplaten met ingeperste connectoren mogen niet worden verwarmd tot boven 125 °C.
De bovenmatrijs brengt de kracht van de pers over op het contact, terwijl de tegenhouder de printplaat ondersteunt en beschermt tegen mechanische spanningen. Afhankelijk van de connector worden platte plaat- of kamgereedschappen gebruikt.
Als de gereedschappen niet optimaal op elkaar zijn afgestemd, kunnen er ongewenste krachten op de printplaat inwerken en reeds gemonteerde componenten beschadigen. De inperskracht moet volledig door het ondergereedschap worden opgevangen.
Printplaten met ingeperste connectoren mogen niet worden verwarmd tot boven 125 °C.
Conclusie
De inperstechniek vormt een krachtig en toekomstbestendig alternatief voor de klassieke soldeertechniek. Deze techniek overtuigt door een hoge proceszekerheid, uitstekende mechanische stabiliteit en een duurzaam betrouwbare elektrische verbinding – zelfs onder veeleisende gebruiksomstandigheden.
Juist tegen de achtergrond van toenemende elektrificatie, stijgende vermogensdichtheden en groeiende eisen aan robuustheid en levensduur biedt de inperstechniek doorslaggevende voordelen. Een voorwaarde voor optimale prestaties is echter het nauwkeurige samenspel tussen de inperszone, de printplaat en het verwerkingsproces.
Een essentiële succesfactor daarbij is de keuze voor een optimaal ontworpen inperszone. De inperszones van ept GmbH – met name de Tcom press®-technologie – onderscheiden zich door een zeer goed controleerbaar inpersgedrag, een lage belasting van de printplaat en een hoge stabiliteit van het procesvenster. Hierdoor wordt zowel schade aan de doorvoerverbindingen geminimaliseerd als worden duurzaam stabiele elektrische contacten gewaarborgd. Bovendien maakt de geometrie van de ept-inperszone een betrouwbare verwerking mogelijk, zelfs bij krappe toleranties en veeleisende printplaatopbouwen.
Als ervaren specialist in verbindingstechniek biedt ept GmbH op maat gemaakte oplossingen op het gebied van de inperstechniek. Met innovatieve technologieën zoals de Tcom press®-inperszone, uitgebreide applicatiekennis en een hoge productiecompetentie ondersteunt ept zijn klanten bij het realiseren van betrouwbare en economische verbindingsoplossingen voor veeleisende toepassingen.
Juist tegen de achtergrond van toenemende elektrificatie, stijgende vermogensdichtheden en groeiende eisen aan robuustheid en levensduur biedt de inperstechniek doorslaggevende voordelen. Een voorwaarde voor optimale prestaties is echter het nauwkeurige samenspel tussen de inperszone, de printplaat en het verwerkingsproces.
Een essentiële succesfactor daarbij is de keuze voor een optimaal ontworpen inperszone. De inperszones van ept GmbH – met name de Tcom press®-technologie – onderscheiden zich door een zeer goed controleerbaar inpersgedrag, een lage belasting van de printplaat en een hoge stabiliteit van het procesvenster. Hierdoor wordt zowel schade aan de doorvoerverbindingen geminimaliseerd als worden duurzaam stabiele elektrische contacten gewaarborgd. Bovendien maakt de geometrie van de ept-inperszone een betrouwbare verwerking mogelijk, zelfs bij krappe toleranties en veeleisende printplaatopbouwen.
Als ervaren specialist in verbindingstechniek biedt ept GmbH op maat gemaakte oplossingen op het gebied van de inperstechniek. Met innovatieve technologieën zoals de Tcom press®-inperszone, uitgebreide applicatiekennis en een hoge productiecompetentie ondersteunt ept zijn klanten bij het realiseren van betrouwbare en economische verbindingsoplossingen voor veeleisende toepassingen.