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弹簧力考虑因素

在选择真空夹具的探针弹簧力时,需考虑以下因素:

  • 探针总弹簧力。探针的总弹力不得超过真空夹具系统移动测试产品以接触探针的能力.
  • 接触表面状况。接触压力(弹簧力和针头几何形状的函数)必须足够高,以穿透测试垫和针头累积的氧化物及附着物.
  • 探针在探针区域的分布。避免高弹力密集集中在一个区域,以免损坏产品或导致夹具启动问题。弹簧力不是良好电子接触的唯一决定因素。当产品接触探针时,表面接触面积、针头几何形状、接触材质、干净程度、振动和冲击都会影响接触阻力.

计算极限

对于传统真空夹具,将产品表面积乘以大气压,然后除以每个探针的弹簧力,计算总弹簧力极限。将结果乘以效率系数以补偿夹具泄漏、弹簧力公差、真空考虑(以下详细信息)等。提高系统效率将加快启动速率,提高夹具性能,但弹簧力不得超过大气压施加的力。此公式可用于计算给定弹簧力的最大探针数量,或者给定数量探针允许的最大弹簧力.

示例: 6" x 10" [15.2 cm x 25.4 cm] 板和 5.5 oz [156 gm] 探针.

单位 电路板面积 x 大气压 x 力单位转换 ÷ 每根探针的力 x 系统效率 = 最大探针数量
英制 1 in2 x 14.7 psi x 16 oz/lb ÷ 5.5 oz x 60% = 25
公制 6.45cm2 x 1.03 kg/cm2 x 1000 gm/kg ÷ 156gm x 60% = 25

探针分布

连接器周围探针密度或大型针封装可以在产品小区域超过一个 (1) 大气压,而总力可以低于最大极限。如果探针密度接近产品边缘,真空密封可能释放,阻碍产品落在夹具中。不均匀探针分布可导致产品过大弯曲 – 尤其对于薄的电路板。可以应用相同公式计算每平方英寸的最大探针数。如果电路板硬度或探针模式允许在产品表面均匀分布总弹簧力,可以超出此极限.

单位 电路板面积 x 大气压 x 力单位转换 ÷ 每根探针的力 x 系统效率 = 最大探针数量
英制 60 in2 x 14.7 psi x 16 oz/lb ÷ 5.5 oz x 60% = 1,500
公制 387 cm2 x 1.03 kg/cm2 x 1000 gm/kg ÷ 155 gm x 60% = 1,500

真空考虑因素

计算探针弹簧力极限时,效率系数用于定义真空系统克服探针弹簧力的能力。“CFM”和“英寸汞柱”是两个常用系数。每分钟立方英尺衡量真空系统在一段时间移动一定体积空气的能力。CFM 越高,真空系统快速抽吸产品并克服初始密封泄漏的能力越出色。真空贮存器将补偿低泵 CFM,吸收真空系统排出夹具和落位产品时的初始推力。英寸汞柱衡量系统抽吸一个完整真空的能力。30 英寸汞柱为一个大气压(一个完整真空)。小于 30 英寸的值可以视为一个 (1) 大气压的百分比,用于以上探针极限计算中的效率系数。极限计算中使用的示例为 60,表示 18 英寸汞柱.

计算所选行程的弹簧力

探针不是始终在额定行程下被使用的,要正确设计夹具,需要知道所给行程的弹簧力。可以采用下面的公式计算探针在任何所选行程的弹簧力:

F = P + (S(Fg - P) ÷ Sg) 其中:

F = 所选行程的力(oz或gm)

S = 所选行程(in或 mm)

P = 预加载力(oz或gm)

Fg= 给定行程的力(oz或gm)

Sg= 给定行程(oz或gm)

示例:找出 100-25 系列标准弹力在 .200 [5.08] 行程的弹力:

已知:

P = 1.6 oz [45 gm], Fg = 5.5 oz [156 gm] at Sg = .167 [4.24]

F = 1.60 + (.200(5.5 - 1.60) ÷ .167)

= 6.3 oz [179 gm]

弹簧力 VS 接触阻抗

近距离检查针头和接触表面可以发现,表面由微小的斜坡和切口组成。斜坡(不是全部具有相同高度或目标角度)不是全部接触目标表面。流过针头的电流受接触的斜坡限制。增加压力迫使更高斜坡穿透,并使更低斜坡接触,从而增加载流表面积.

大多数铅镀层和焊料含有锡。锡合金在接触空气后迅速形成一层薄、坚硬且脆弱的氧化物。这层氧化物具有高电阻。幸运的是,底层材料仍然比氧化物层更软,在足够压力下可轻松变形。随着底层变形,氧化物层拉伸并断开。氧化物层之间的裂缝成为电流的主要路径。增加弹簧力后,变形加大,可增加氧化物层的断裂.

指定弹簧力不是随意考虑的因素。请与夹具制造商核实弹簧力的选择或更改,因为这些选择与夹具设计密切相关.

参考

Robert Mroczkowski, Connector Contact, Critical Surfaces Advanced Materials & Processes, Metal Progress, 12/88 pp 49–54, 1988.

Morton Antler, Effect of Surface Contamination on Electric Contact Performance Treatise on Clean Surface Technology, Vol 1, pp 8–18,March 1987

Morton Antler, Field Studies of Contact Materials: Contact Resistance Behavior of Some Base and Noble Metals. IEEE Trans, Components, Hybrids, Manuf. Technology., Vol 5 No. 3 pp 301–307, 1982