機電1-Wire接觸封裝解決方案及其安裝方法

作者：ADI應用工程師Aaron Arellano


摘要

本文介紹已獲專利、適用於機電接觸應用的1-Wire®接觸封裝解決方案，並對比傳統的封裝解決方案以展示1-Wire接觸封裝解決方案的優越性。本文並就如何將該解決方案安裝到配件或耗材提供建議，並進行了機械規格和可靠性分析。

引言

越來越多的系統要求為傳統的非電子周邊或耗材增加電子功能，包括儲存校準資料或製造資訊，或者儲存周邊、配件或耗材的OEM認證。這就要求系統需要增加儲存和安全功能，並必須在主機和周邊之間增加機電連接功能。

已獲專利的1-Wire接觸封裝（以前稱為SFN封裝）專為機電接觸環境而設計，典型應用包括物件識別、身份驗證、以及使用儲存晶片中的資料進行自動校準。身份驗證可以確保產品的可靠性和品質，進而避免假冒產品的出現。該封裝非常適合印表機耗材、醫療感測器和試劑瓶等應用。

1-Wire接觸封裝僅設計用於接觸，不能用於焊接。

1-Wire接觸封裝

1-Wire接觸封裝是將機電觸點整合到應用中的卓越解決方案，其將IC和接觸焊墊整合到單一封裝中以減小產品尺寸並提高機械可靠性。圖1為1-Wire接觸封裝的示意圖。

Figure 1. The 6 mm × 6 mm × 0.9 mm 1-Wire Contact Package.
圖1. 6 mm × 6 mm × 0.9 mm 1-Wire接觸封裝。

封裝特性

1-Wire接觸封裝提供三種尺寸（如表1所示），圖2顯示了此三種封裝的相對尺寸。

表1. 封裝和接觸焊墊尺寸
封裝尺寸(mm) IO焊墊(mm) GND焊墊(mm) 封裝代碼 外型圖
3.5 × 5 × 0.35 1.2 × 4.8 1.2 × 4.8 S23A5N+1 21-0661
6.5 × 3.5 × 0.7 2.7 × 2.7 2.7 × 2.7 T23A6N+1 21-0575
6 × 6 × 0.9 3.55 × 2.6 5.05 × 2.6 G266N+1 21-0390
Figure 2. 1-Wire Contact Package dimensions, bottom view.
圖2. 1-Wire接觸封裝尺寸（底視圖）

晶片的引線框架由CDA194銅合金製成，焊墊鍍有1.02 µm的鎳、0.02 µm的鈀和0.005 µm的金。晶片的塑封材料是Sumitomo® G600/G770或類似產品。有關其它機械資料，請參閱表1列出的外形圖。

安裝方法

該封裝首選安裝方法是使用機械夾具。客戶必須根據其應用設計與終端產品相相容的機械夾具。圖3顯示了一種客製化固定夾具的理論設計，圖4顯示了一種已經商用的機械夾具，其已被整合至待認證的物品中。該封裝也可以被注塑成型為塑膠零件，如《將IC注塑到一個連接器或消耗品內》所述。

Figure 3. A retaining clip shown before and after insertion.
圖3. 插入1-Wire接觸封裝前和插入1-Wire接觸封裝後的固定夾具
Figure 4. An example of the 1-Wire Contact Package mounting clip in an end product.
圖4. 最終產品中的1-Wire接觸封裝的安裝夾具

可以用雙面泡沫膠帶或雙面膠帶取代夾具。3M®公司便已生產這些適用於各種環境的壓敏黏著劑產品。

選擇連接器

1-Wire接觸封裝經過專門設計，可與低成本的業界標準連接器相容。此處顯示了兩個商用連接器及其大致尺寸。

示例1：Bourns 70AB/公頭—模組化觸點


圖5顯示了此種連接器的大致觸點位置，觸點間距為1.27 mm。此種連接器適用於6.5 mm × 3.5 mm和6.0 mm × 6.0 mm的1-Wire接觸封裝，並且便於在插入時擦拭觸點。

Figure 5. Bourns 70AB/male–modular contact points.
圖5. Bourns 70AB/公頭—模組化觸點。

示例2：Mill-Max系列811/813彈簧式觸點


圖6顯示了這種連接器的大致觸點位置，觸點間距為2.54 mm。此種連接器適用於所有三種1-Wire接觸封裝。

Figure 6. Mill-Max® series 811/813 contact points.
圖6. Mill-Max®系列811/813觸點。
Figure 7. Third party contact solutions.
圖7. 協力廠商觸點解決方案。

示例3：客製化觸點設計指南


圖8展示了一種客製化彈簧觸點的指南，該觸點為貫通式安裝，即可以使得封裝沿著彈簧滑動，並且在插入時擦拭觸點。

Figure 8. Custom contact example.
圖8. 客製化觸點示例。

可靠性測試

可靠性測試主要是對該封裝進行鑑定試驗，以確保在-40°C至+85°C的工業應用溫度範圍內，該封裝滿足與常規IC封裝相同的可靠性要求。

表2. 1-Wire接觸封裝鑑定試驗
 
試驗A 工作壽命測試（+125°C，5.5 V，1000小時）
機械驗證測試（X射線，尺寸，絲印，引線完整性）
儲存壽命測試（+150°C，無偏壓，1000小時）
溫度迴圈測試（-55°C至+125°C，1000次迴圈）
偏壓溫度濕度測試（+85°C，85%相對濕度，5.5 V，1000小時）
無偏壓防潮測試（85°C，85%相對濕度，1000小時）
試驗B 機械壽命測試（衝擊試驗200 g，30次迴圈），然後進行溫度迴圈測試（–55°C至+125°C，1000次迴圈）
機械壽命測試（振動10 g，x、y、z軸5 Hz至2 kHz，30小時），然後進行偏壓溫度濕度測試（+85°C，85%相對濕度，5.5 V，1000小時）。

歡迎參閱ADI官網中所提供的1-Wire接觸封裝 鑑定試驗報告。

結語

相對於將焊有晶片的PCB模組安裝到待識別的周邊物品上，1-Wire接觸封裝為一種經濟高效的替代方案，可以使用夾具或雙面膠帶安裝1-Wire接觸封裝。此種封裝可以用於為手機電池應用等低成本連接器提供電氣連接，而其可靠性則相當於常規IC封裝。

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