在IGBT系列模块中，如需将管脚垂直引出，我们会采用pin&holder方案或者其他等效的解决方法。其中，pin&holder的工艺灵活性和可扩展性极高，以应对各种复杂的设计需求。随着越来越多免焊接方案的车规级模块推向市场，如何提供可靠的免焊接解决方案显得尤为关键。本次我们将重点讨论车规级的Press-Fit技术及其在pin&holde方案中的应用，从而展示其在实现管脚垂直引出过程中的重要性和优势。
Holder与直Pin或免焊接端子（Press-Fit Pin）结合成一体，形成了一个紧密耦合的单元，可以将模块中的小电流端直接垂直引出。在Pin与PCB的连接工艺方面，直pin采用的是锡焊方式，而免焊接端子则通过压接方式实现与PCB的牢固组装。由于Press-Fit兼具高连接可靠性、无铅环保要求、便捷的替换维修等诸多优势，其在未来的应用领域将得到更广泛的推广和采纳。
本文将从以下三个关键问题点探讨该方案：
1、免焊接端子（Press-Fit Pin）技术介绍
3、免焊接端子（Press-Fit Pin）在Holder&Pin的应用
Press-Fit技术是一种特殊的连接方式，通过将特制的冲压端子插入到印刷电路板（PCB）的电镀通孔（PTH）中，利用端子Press-Fit区域的持续弹性形变对PCB电镀通孔（PTH）产生持久的法向力，从而在无需焊接的情况下，实现在整个生命周期中都可保持的电气和机械连接的稳定性。此技术的出现，为复杂使用环境下的稳定性和可靠性需求提供了有效的解决方案。它目前已被广泛应用于汽车传感器、电子控制单元（ECU）、防抱死制动系统/电子稳定程序（ABS/ESC）等关键设备中。
常见的Press-Fit结构有大概如下四种：
4、“H”或其他挤压针
并非所有的Press-Fit设计都能够在汽车行业中安全可靠地应用，这就要求设计和测试必须满足汽车电子领域的各项要求，符合国际标准如IEC、EIA和SAE等。
相较于实心插针（刺破针、挤压针），弹性压入的鹰眼针在汽车行业中更为常见。这是因为弹性鹰眼针能够显著降低对电镀通孔（PTH）施加的应力，从而提高了连接的可靠性。因此，实心鹰眼针在汽车行业中的应用实例相对很少见。
图3：刺破针或挤压针
图4：弹性鹰眼针
根据功能区划分，可以将鹰眼针大致分为5个区域。下表详细列出了各个功能区的位置、名称以及功能：
图5：弹性鹰眼针功能区
在将Press-Fit技术应用于汽车行业时，研发阶段需要进行大量的测试以满足一系列标准，例如IEC60352-5等。这些测试包括但不限于外观检查（晶相检查）、锡须检测、弯曲实验、插拔力实验、接触电阻、温度循环、振动测试等。在模具设计和加工环节，需要建立企业内部标准，以确保模具的一致性。而在生产过程中，需要进行一致的过程管控，以符合企业内部标准并监控可实施的群组测试。这些措施都旨在确保Press-Fit技术 在汽车行业的可靠应用。
图6：IEC60352-5中个别测试项
图7：中好蔚莱Press-Fit第三方群组测试报告
3、在震动、高温高湿等极端条件下，焊接容易开裂甚至脱落；
图8：西门子企业标准SN 29500-5/2004-06版第5部分显示不同连接技术的故障率
2、分体化端子（例如Holder+Pin）：这种方案由Holder和Pin两部分组成。Holder是一个承载结构，用于固定和支撑Pin针，而Pin针则用于插入电镀通孔。
图9：蔚莱在制一体针示意图
在非车规级应用环境或出于成本考虑，图9左1和左2的方案具有一定的意义。这两种方案的缺点在于它们无法扩展为Press-Fit方案。图9左2的方案可以在应用过程中缓冲细微震动，但夹取和一致性方面可能存在难点，以及其他应用方面的风险。其余三种方案同样存在固定治具和夹取方面的难点。
图10：蔚莱在制分体针示意图
图10所示的分体方案是主流方案。该方案具有工艺灵活度高和拓展性强的优点。底座焊接方案可以选择锡焊、超声波焊接等不同方式。而插针方案可以选择方针、鹰眼针等不同类型的针脚。电镀方案也可以根据具体情况进行选择。
然而，分体方案中实心针的Press-Fit连接（图10左1）几乎不再在汽车行业中使用。在车规级应用中，更多的考虑是使用已经广泛应用于汽车行业的弹性鹰眼Press-Fit结构（图10右1）。这两种方案的成本差异微乎其微。
图11：蔚莱在制的弹性鹰眼针在汽车零部件的应用
蔚莱在弹性鹰眼针方面拥有多年的应用、设计和生产经验，并制定了自己的企业标准，其产品已被国内外知名汽车制造商广泛应用于汽车零部件。希望以后在IGBT垂直引出方面与大家分享更多的经验。
原文始发于微信公众号（艾邦半导体网）：IGBT模块管脚免焊接解决方案以及在Pin&Holder中的应用