無はんだ接続とプレスフィット技術

コネクタの基板実装方法の一つで無はんだ(ソルダレス)接続について説明します。プレスフィットまたはコンプライアント部（プレスフィット部）と呼ぶ弾性コンタクト(弾性：力を掛けてたわみ、力を解除して復元する性質を持った)をプリント基板のスルーホールに圧入し、コンタクトの弾性部の変形によりスルーホール内面に対し気密（ガスタイト）な接触をさせる実装方法です。

この技術自体はアメリカで開発され、主に多極コネクタのマザーボード実装に採用されてきた熟成技術です。しかし、端子に弾性を持たせるコンプライアント形状には、各コネクタメーカーが独自の形状を創り、特許を取得していました。端子に切断部を作り、たわむような仕掛けです。

利点としては、実装後に端子曲がり等の不具合が発生した場合、端子ピン交換（通常3回位迄が目安：同一スルーホールに新品端子を挿入して使用可能）もしくは、コネクタ全体の交換ができることです。

重要な実装条件として、圧入力の制御、スルーホールのドリル内径とめっき厚さの寸法管理が必須条件です。

プレスフィット端子・ピンのプレスフィット形状

ニードルアイ(Eye of needle)形状を推奨致します。その他形状についてはご相談下さい。
※形状に関する特許情報の調査はお客様にてお願い致します。

 

 

 

挿入力と保持力

以下の評価用のプリント基板での挿入力と保持力との例を表示します。

・評価用プリント基板仕様

・端子仕様

プレスフィットの用途

環境負荷物質や鉛フリ-化に起因した半田の信頼性低下を無視できないこと、半田熱によるチップ部品への熱衝撃回避、及び自動マウント対策などが課題になっていることを反映し、車載用機器、アンチロックブレ-キ・車両安定制御・ナビゲ-ション・ハイブリッド用駆動系・空気圧モニタ-など自動車の制御系回路基板間接続などに応用されます。

また、欧州における電気電子機器廃棄物指令（WEEE）に対応するためにも、コネクタ等の取り外しが容易になるプレスフィット技術に利点があります。そこで、従来のパソコン、サーバー、複合プリンタ等の民生品にも適用が進められています。

プレスフィット端子の形状

ファインネクスでは、金属線材（ワイヤー材）と条材（フープ材）の両タイプでのプレスフィット加工に対応しております。

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  ニードルアイプレスフィット端子

  (Eye of needle)形状。

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  U型プレスフィット端子

  プレスフィット部断面形状が、U型です。

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  H型プレスフィット端子

  プレスフィット部断面形状が、Ｈ型です。

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  Ｍ型プレスフィット端子

  プレスフィット部断面形状が、Ｍ型です。

その他、お客様のご要望の形状に加工対応致します。
ファインネクスではプレスフィット形状に関する特許情報の調査はお客様にてお願い致します。

 

 

プレスフィットの荷姿(梱包)

ファインネクスでは、金属線材（ワイヤー材）と条材（フープ材）の両タイプでのプレスフィット加工に対応しております。

1)ワイヤー材(線材)から加工のプレスフィット端子

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  1.バラ端子（ピン）

  金属線材を当社独自の冷間鍛造加工やヘッダー加工により、さまざまに仕上げることが可能です。

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  2.連続端子（ピン）

  端子・ピンの1本1本を切断せず、つなげた状態でリールに巻いて納入する形態です。

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  3.バンドリア端子（ピン）

  端子をバンド（キャリア）に直に植え付け、リール巻きにて納入し、お客様の組立工程の合理化に貢献します。

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  バラ端子 梱包(袋)

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  連続端子 梱包(リール)

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  バンドリア端子 梱包(リール)

2)条材から加工のプレスフィット端子

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  1.センターキャリア

  端子の両端に表面処理されているのでインサート品向けです。

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  2.片側キャリア

  キャリアが片側なのでギャング圧入等、一般的コネクタと同一工程で組立可能です。

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  条材加工端子 梱包(リール)

 

 

スリーブ（ピンホルダー)

スリーブと端子とのプレスフィット接合の際は、スリーブとセラミック基板と予めはんだ付けをした後に、スリーブの内径に端子のプレスフィット形状の入っていない角端子側を圧入して使用します。
スリーブはプリント基板のスルーホールと同様の働きをします。

 

 

プレスフィットの材料

１）適用プリント基板材質（名称及び該当JIS規格）

推奨

FR-4.0,-4.1 ;JIS C 6484:2005プリント配線板用銅張積層板-耐燃性ガラス布基材エポキシ樹脂

２）プレスフィット端子素材（名称及び該当JIS規格）

推奨

･リン青銅

C5191W;JIS H 3270:2012ベリリウム銅､リン青銅及び洋白の棒並びに線

C5212W;JIS H 3270:2012ベリリウム銅､リン青銅及び洋白の棒並びに線

･ベリリウム銅

C1720W;JIS H 3270:2012ベリリウム銅､リン青銅及び洋白の棒並びに線

・コルソン銅；Cu-Ni-Si系合金

ファインネクスでは、ワイヤー材（線材）、条材の両方から加工いたします。
お気軽にご相談ください。

プレスフィット端子の表面処理

１）ワイヤー素材からのNiめっき下地Snリフロー仕上げ

Ni：１~1.5µｍ+Sn：1.5~2.5µｍ(リフロー仕上げ)

２）バンドリアピン：端子先端部のみに金めっき処理も可能。

参考配列ピッチ；2.0、2.54、3.0mmピッチ等

＜スルーホールの推奨仕様＞

ホットエアーレベラー（HAL）に加えて、ますます重要になっている下記仕様を揚げました。機械的強度や摩擦係数などの異なる特性に合わせて、下記のスルーホール仕様を推奨します。

プリント基板の厚さ　1.6mm以上

基板スルーホール穴仕様の一例

参考規格

以下の規格に関した参考データ取得しています。その他のテストは、御社での取得をお願い致します。

・IEC　60352-5：2012

-抜粋-

5.2.Mechanical tests

5.2.2.1 Bending

15°曲げ１往復

5.2.3.4 Contact resistance

The contact resistance shall be carried out in accordance with IEC 60512,test 2a.

Requirements after mechanical, electrical or climatic conditioning:

a) Qualification test schedule: The maximum change of contact resistance

shall be less than 0.5mΩ for each test phase.

b) Application test schedule: The maximum change of contact resistance shall be specified in the component detail standard, if any, or in the manufacturer’s specification.

 

5.2.4.4 Dry heat

The test shall be carried out in accordance with IEC 60512, test 11i.

- test temperature 105℃

- test duration 1,000 h

プレスフィットQ&A

• Q：発注数量はどれくらい対応出来るか？(試作含め)
• A：月産10,000本～数億本まで対応しています。
• Q：バリ・ダレの発生はないか。
• A:圧造端子とﾌﾟﾚｽ端子共にバリ・ダレの発生を抑えた加工には実績と信頼をいただいております。
• Q：線材の圧造端子と条材のﾌﾟﾚｽ端子の特徴(比較)と価格メリットについて
• A:弊社は線材を圧造加工したプレスフィット端子と、条材をプレス加工したプレスフィット端子の製作が可能です。
  プレス加工のプレスフィット端子は形状の自由度が高い為、幅広い形状に対応可能ですが、半面、イニシャルコストは線材加工品と比較して高額になる傾向があります。
  対して、線材加工のプレスフィット端子は材料ロスが無く、イニシャルコストも安価で製作可能ですが、複雑な形状には対応が困難になります。
  弊社では、ご検討中の端子に最適な加工方法をご提案させて頂きますので、お気軽にご相談下さい。
  参考までに下記の「線材圧造加工と条材プレス加工の比較」をご参照願います。
  
https://www.finecs.co.jp/knowledge/stamp_vs_header.html
• Q：プレスフィット部の評価をしていますか？
• A:弊社では、数々の環境試験装置を保有しています。物理的な試験は、公共機関の装置を使用して取得することもできます。
• Q:評価試験等に関して、協力してもらえますか。
• A:もちろん評価可能です。別途ご相談しましょう。
• Q:特許保証はできますか。
• A:弊社ではお客様よりご提供いただいた仕様による受託加工のため特許保証はできません。ご採用にあたってはお客様ご自身による関連特許の確認をお願いします。

 

 

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プレスフィット端子の用途例

1)プレスフィット端子ピンヘッダー

• 

  スリーブピン-Assy&プレスフィットヘッダ (2～40Pin);2.54Pitch

• 

  1列プレスフィットヘッダSMTスタック (2～40Pin);2.54Pitch

• 

  2列プレスフィットヘッダSMTスタック (4～80Pin);2.54Pitch

2)プレスフィット端子ピンヘッダー 大電流タイプ

• 

  18Aタイプ(6pin) 2.54Pitch*5.08

• 

  24Aタイプ(8pin) 2.54Pitch*5.08

• 

  30Aタイプ(10pin) 2.54Pitch*5.08

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圧入装置と圧入治具

初期のプレスフィットコネクタ圧入装置は、基板に仮挿入されたプレスフィットコネクタを手作業で一つ一つ位置決めし圧入していました。一般に圧入冶具には、上冶具と下冶具が用いられ、上冶具はプレスフィットコネクタの形状と方向により、圧入しやすい形状をしています。下冶具はプレスフィットコネクタ圧入時の圧力によって基板がゆがんで変形しないように作られていると共に、プレスフィットコネクタの端子が基板のスルーホールを突き抜けて貫通した際に、基板の下側に飛び出したプレスフィットコネクタの端子を痛めないようになっています。

しかしながら、これらのプレスフィットコネクタの形状はさまざまであり、圧入方式が異なっている場合、都度、冶具の交換が必要となります。圧入装置への各冶具の取付・固定方法を共通化する事が、必要になってきます。

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ファインネクスからのご提案

ファインネクスでは、長年、PGA用端子ピン、コネクタ端子、ダイオード端子、リベットを初めてとする圧造パーツの製造、並びに各種圧造パーツ加工機や精密電子部品の自動組立機の製作、また精密電子部品の自動組み立てに携わって参りました。そこで蓄積された経験とノウハウを元に、プレスフィット端子や圧入装置のご提案を致しております。

当社ではプレスフィット端子ピンは、ワイヤー材（線材）、条材の両方から加工検討いたします。

詳しくは、各営業所までお電話もしくは当ホームページ上のご相談窓口から、お気軽にご相談、お問い合わせください。

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ファインネクスのコネクタ端子は、各種家電、デジタル機器、スマートフォンやモバイル機器、パソコン、自動車、産業機械、ロボット、医療機器、航空部品、自動車に使用されるピン端子として、幅広い分野の製品に電気接点をもたらす重要な部品です。一つのコネクタ端子の電気接点で導通不良が起これば、その機器全体に不具合が生じるため、常に安定した品質が求められます。

ファインネクスでは、線材から加工したコネクタ端子・ピンを３０年以上に渡り、自社内製のピン加工自動機により生産し、多種多様なお客様のニーズにお応えして来ております。線材めっき工程から端子加工機までを社内設計して自社にて一貫生産することにより極力人手をかけない自動化を実現し、低コストや安定した量産性を通して世界一のQCDを実現出来るものづくりを目指しています。さらにバリューエンジニアリング(VE)を通して、お客様の「コネクタ端子としての機能」を満足する世界でもっとも価値のある製品づくりに努めております。多種多様なコネクタ端子・ピンに関しまして当社独自の「ファイン」な提案を通じて、今後ともお客様と社会に貢献して参ります。














 

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