前缘:公司自从引进 A/B type Micro-USB connector(连接器)来当做产品的资料传输与电源供应的接头后,却老是被客户抱怨有资料传输不稳定的问题出现,更甚者还有客户反应产品使用一段时间后就无法再经由USB来供应电源充电了,经过不良分析及原因探讨之后,我们发现Micro-USB连接器的五根焊脚几乎都有锡裂的情形发生,可是大部分这类不良连接器的铁框却都还焊接在电路板上牢牢的。
先声明一下我们採用的Micro-USB连接器有四根0.6mm长的通孔铁框接地焊脚,另外有五根功能用的焊脚/引脚,经过进一步的测试与不良品分析后,发现有问题的连接器内部的接触舌片已经晃动得非常厉害。
更多关于Micro-USB连接器问题发生的资料可以参考【Micro-USB连接器掉落及焊锡破裂原因探讨】一文。
在分析及寻找对策的过程中有许多的网友提供了他们的经验分享,更有网友提供可能的对策及Micro-USB连接器可能的改善方案,在此先谢谢网友们的鼎力帮忙。
经过分析后,我们发现这个Micro-USB连接器之所以会掉落及失效的原因有两个(顺便提出解决方案):
1. 产品机构设计缺陷:我们的产品并没有额外对Micro-USB连接器做任何应力防护的机构补强设计。
我们认为Micro-USB连接器本身的铁框设计是有比较大的变形活动余裕的,如果在公头插入连接器的过程当中摇动接头,连带的也会影响并摇动到连接器内的舌片,而蛇片则延伸到五根功能引脚的焊接点,而且在我们做过的实验中,我们也发现有部份Micro-USB连接器会整个掉落,而不是只有焊脚的焊锡断裂而已。
这应该是我们当初设计及DFx检讨不确实的疏失,我们居然没有对这个连外的连接器做任何机构夹持(holding)以防止其翘起的设计。通常这类对外的连接器都需要在机壳上设计出适合其大小的孔洞,让它完全嵌合在机壳上,不会因外力作用而有所移动的防翘起设计,或是在连接器的上头设计一个机构来压住使其不会有翘起的风险。
可是我们居然完全忽略了这一点,所以短期的补救措施(short-term solution)就是要求工厂端先用人工补焊连接器的四根铁框接地脚。然后马上透过设计变更,增加一个ㄇ字形的铁框(clamp)来锁住连接器作为长期对策(long-term solution),目前这个样品已经在验证阶段了,听说效果还不错,后面有机会再来分享结果。
另外一个比较有意思的,有网友提供几个不错的点子,在此提供大家分享。第一个方法建议,可以设计一个额外的屏蔽铁框(shielding case)来罩住连接器,并利用倒勾的方式让铁框勾在电路板上面,后面188金宝搏苹果下载 会找时间把这个设计讲解一下。
未加任何机构补强设计以前的连接器
(图片中的连接器并非我前面提到有四根通孔接地脚的设计)增加一个额外屏蔽铁框罩在Micro-USB联接器的外头,其前缘利用倒勾的方式勾在电路板背面防止连接器的前缘翘起。 另外日本的SMK有发表一款强固形的Micr-USB连接器,它採用双重屏蔽罩的结构,并宣称可以提高约2倍扭力负荷所造成的耐变形强度,增加了产品的可靠性。有兴趣的可以参考这里:https://www.smk.co.jp/page.jsp?id=5021&version=en
不过188金宝搏苹果下载 个人觉得它的强度还是不如前面提到的额外屏蔽罩的强壮,使用的时候最好还是在上面增加防翘起的补强机构设计,但188金宝搏苹果下载 要强调的是这得视个别的产品设计需求而定,说不定这样的产品已经可以符合贵公司的要求,而不需要再有额外的机构设计。后续188金宝搏苹果下载 会再撰文介绍我们如何界定USB连接器的信赖度及其测试方法。
2. Micro-USB连接器本身设计上的缺陷:Micro-USB联接器内部舌片结构不够强壮
之前有提到我们公司的Micro-USB连接器供应商一直强调这个连接器是因为遭受过大的排线插入的撞击力而失效,其实188金宝搏苹果下载 个人也不排除有此可能,但因为我们公司的产品并非手机之类的个人消费性产品,而是属于公用的设备,所以有些终端用户在操做的时候并不会像使用个人手机般的爱惜及小心翼翼,况且产品的micro-USB又可以当作充电用,所以一天来回插上个30~50次也不是没有机会。
至于用不用力?这就见仁见智了,协会建议最大的插入力为35(Newton)最大速度以不超过12.5mm/min为准,这力量应该是够了,但速度换算成秒速只有0.2mm/sec左右,也就是说必须要很慢的插入,这在个人手机上也许真的有可能这样操作,但如果这是一台盘点机,大家会这么小心翼翼?只能说公司的市调人员太过于乐观,觉得可以选择一个小一点的连接器,跟上手机的潮流,而不知道这样的连接器是需要捧在手心上好好伺候的。
既然产品出了问题就得有改善对策,所以重头戏还是落在工厂端,反正所有的Trouble都是请工厂以人海战术来解决。
短期对策使用除了人工补焊增加焊锡强度外,再额外使用双液的环氧树脂(Epoxy)把五根功能焊脚给固定起来,其实Epoxy也可以增强Micro-USB铁框固定于电路板的强度,不过这Epoxy的作业有时只要稍一不慎就可能出大问题,尤其是双液型的A/B胶,188金宝搏苹果下载 个人是能避则避,因为制程不可逆,无法重工/返工(rework),作业程序中如果稍有不遵守纪律的情形就会有胶不干的问题,点在外头看得到的胶还好,如果是点在某些黑盒子内的胶就难以检查了。(一段时间后,我们发现既使点了Epoxy的产品也陆续有micro-USB连接器掉落的反修品,可见点Epoxy也无法完全解决粗鲁客人对产品的残害!)
至于长期对策,由于无法经由后段的机构补强来达到,所以目前正在测试网友建议的有止挡防暴插的Micro-USB连接器,目前知道Mitsumi及Hirose都有出这种连接器。
有些朋友可能很难从这张图来想像「止挡」的样子,后面有机会188金宝搏苹果下载 可以拿到3D图档,或许可以找到更好的视角来解说。它基本上是在塑胶舌片的底端,也就是排线插入的终点处,利用原有的铁框材料在左右两端各打出一个倒三角形的止档,并嵌在连接器内部的塑胶舌片上,塑胶舌片也预挖两个凹槽来容许容纳这两个止挡。
这两个止档如果做得好,应该可以有效利用铁框来限制塑胶舌片的活动空间,既使遭受到过大的插入力,也可以抑制排线过插的问题。
(已经拿到uUSB有「止挡」的3D图档,有兴趣的朋友可以参考这篇文章:Micro-USB连接器的止档防暴插设计有助提升插拔信赖度)
后记:本来这篇文章是要定义Micro-USB连接器的信赖度,不知怎地写着写着就变成这样了,而且字数也将近2,000字,部落格文章真的不适合太长。所以就期待下一篇文章我会写出如何测试Micro-USB连接器的信赖度吧,不过我真的没有把握!老闆最近盯得很紧。
相关阅读:定义Micro-USB连接器掉落的信赖度
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欧付宝
您好 :
小朋友的华硕平板Micro USB B 连接器掉落,请问工作狂人能否洽您购买几个micro usb B 连接器 ,我想尝试自行更换!!
谢谢
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程小侠.
本部落格不贩卖商品,不知哪里让您觉得这是个商业网站?
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请问文中提到四只0.6mm的脚.穿过板子是在reflow 一併靠锡膏固定吗?
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Jesse;
是的。
四根铁框的接地PIN脚走PIH制程,用SMT直接焊接。可以在部落格内查看PIH或PIP的文章。
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没关系~还是谢谢您的回覆及建议。
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不好意思~想请教一个相关的问题~
就是DVI connector,它的耐插拔次数,业界或协会是否有规范几次? 还是只有定义测试方法,次数视产品特性或是保固期限来订定?
最近被这问题困扰着,还请不吝告知。感谢!!!
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louis;
对不起!没有接触过这种DVI的连接器,建议你可以先询问制作DVI连接器的厂商,看看有没有什么标准,然后再做判断。
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请问这个铁件,因为我们公司遇到这方面的问题,故想请问有无可以直接购买?或是您可否推荐做这个铁件的厂商?谢谢您
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工作工作;
我还是只能说抱歉,这是客制化的产品,外面应该买不到,
当初也有询问过各大连接器的厂商,
后来我们是自己设计打样,导入。
而且客家公司对Micro-USB的设计也都不同,有时候同一个铁框也不能适用于所有厂牌的连接器。
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有兴趣这个铁件,请问要怎么跟你询问相关资讯?
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工作工作;
这个设计的讯息要请你自己找了。
原则上就是设计个机构可以勾住电路版。
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补上一句;我手上另一个半岛铁盒平板更差劲,只用了2个月就充不了电。分析后原来有一个针脚掉落,在机器内的胶带上找到。锡点可靠性不是裂钖这么简单;绝对是生产工芸控制水平问题。Sammui Wong
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近几年用USB兼充电的机器多了!我有超过20年品质经验,发觉有部份产品会将充电这—功能独立处理!其原因也在可靠性方面!我手上有手机及平板电脑都有同样问题。就是机器在充电过程中同时在使用;也因为这样;在考虑扦拔uSB时是否30次到50次就足够?如不是?设计者如何保证产品天天在充电状态中;而可以承受X次摇动;又用上1至2年(365X2X”X次”),结论是不能保证。我手上的SONY手机还好;可以将电池拔出独立充电。但飞触平板就只有报废;或修理。再看Ipad,她是独立充电的。大家认为她在设计时有做FMEA及考虑了这情况;所以独立充电?多一点成本,但劲增加可靠性?Sammui Wong
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FMEA并不是万灵丹,它大部分都是依据工程师以往的经验而来,如果工程师没有这种micro-USB的经验,其实不一定会被列为重点项目的。
再说,一般的使用机器的往復式插拔很难实际测出终端客户的使用习惯与寿命。有些东西还是得从错中学。
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那个铁框太酷了啦!有机会入手吗?小弟最近手头上有几片板子…
M-USB的座也被产线的人弄坏了…而且坏的很夸张
拜读了熊大的文章后,预计是想买有档块的母座回来更换,
然后又看到了这个铁框,很想要双管齐下,不知道有没有机会入手?
其实我觉得说RD总是不考虑成本是有点不公平的,因为如果要考虑成本
可能很多产品就会胎死腹中了…
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Paul;
这个铁框是自己设计的,外面买不到。
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这样成本太高了吧?为何不直接在USB前端正方方加2个PAD焊住铁壳?如此强度将提升数倍,也能接受扭力,且完全不增加成本,不是更好?RD总是忽略了成本问题。
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Leo;
事实上这类Micro USB连接器是可以将其铁壳焊接到PCB上的,可是其焊接强度并不足以抵抗人手插拔的外力,所以连焊垫都整个被拔起来,就算是过孔的PIN脚也都被撼动了,所以才会採用其他方法。
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最近一直被high light Micro USB A/B type反插没有防呆,对舌片破坏有一定risk,请问有遇到相关的问题吗?
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我门公司也是因为这样子,所以最近下了决定把原本的A/B type改成了B type了。
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这种铁件保护通常是用在什么样的商品?
大多数机构都会在结构上做补强不是吗?
什么情况下要直接在板上多做这件阿
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chang;
当然!如果可以使用原来的机构设计来作到uUSB连接器的保护,就不需要这铁件保护件了,它的使用时机应该是无法使用原有的机构来保护连接器,也就是说有设计上的限制,或是原本的机构强度不足,比如说手机的机壳太薄,无法承受太大的应力。
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感觉工厂总是救火队!无奈阿!
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Jerry;
其实想开一点,社会上总要有救火英雄这个角色的!不是吗。就当自己是英雄吧!
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呵~~这个补强屏蔽框第一次看过~~~受教了!!!
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ewew;
这个屏蔽罩是订制的。
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成本太高了!!!
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