CN111970917B - Pcb与连接器平压式压接工装 - Google Patents

Pcb与连接器平压式压接工装 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种PCB与连接器平压式压接工装，旨在提供一种容易对位，压接快捷方便，一次压接合格率高的压接工装。本发明通过下述技术方案实现包括：制备一个设有定位销和分隔多个下压模的条形槽的下模定位板，条形槽将多个下压模分隔为多个压接区，下压模分布在被分隔的压接区内；压接时，连接器的模块针脚通过PCB母板上对应预制的金属化插接孔，按矩阵方式排列插接在PCB母板上，压接机压接头根据数控编程和设定的压接力及压接高度，针对已定位对应了下压模的连接器，选择PCB母板支撑面上的下压模的个数，推动下模定位板，以单针压力值不超过35N的有效压入力，将连接器的插针压入PCB母板的金属化插接孔中，完成压接。

Description

PCB与连接器平压式压接工装
技术领域
本发明涉及连接器压接装配，属于电气互联装配技术领域。尤其是采用压接机技术在复杂印刷线路板上安装多针压接式连接器，与印刷线路板PCB工艺过程使用的压接工装。
背景技术
很多电子设备都会用到连接器，比如用来传输数据或者充电等应用方面。其中印制板组件往往起着信号控制和传输作用，而在信号传输中，接插件则是关键的传送器件。印制板上接插件组装类型主要分为普通焊接型和压接型。普通焊接型接插件上的每一个插针需要熟练操作人员用烙铁逐个的焊接，质量控制难度大。压接型接插件利用设备能够一次将所有插针压接到位，效率高，质量易控制，但压接型接插件对印制板安装孔设计、组装方法有着较高的应用要求。随着电子产品的不断发展，产品的一致性和高密度化要求越来越高。对于细间距，多排插针的小型连接器，以往的焊接技术已无法完成。而压接工艺具有很高的可靠性和易操作性,常规焊接技术不能实现的，也可以通过压接技术予以实现。所以压接技术已被广泛接受和使用。焊接技术是指采用锡合金焊料，在一定的温度下熔化，通过金属焊件与焊料的原子或分子间的相互扩散作用，结合形成金属间化合物，从而把焊接件与被焊件连接在一起的技术，这种连接方式具有良好的导电性能，是电子装联中最为常用的技术。压接连接是指在常温下，使两个以上的金属物体相接触，不用为金属施加热能或化学能，只需施加机械压力，直至金属发生塑性变形而形成金属组织一体化的结合过程。而连接器压接技术是将弹性可变形插针或硬性插针与PCB金属化孔配合而形成的一种连接，在插针与金属化孔之间形成紧密接触点的机械连接，靠机械连接实现电气互连。
连接器插针压接时，在插针的金属部分和其他金属之间产生类似于原子熔融状态而使金属连成一体。通过金属相互之间压接，保持连接的电气和力学性能。当插针受到压力时，插针和金属孔壁之间产生非常大的挤压力，使插针和金属孔壁同时受外力而发生塑性变形，保持紧密接触。当压力消失后，插针的弹性恢复原状，产生对金属孔壁的压力而形成电接触。由于压接连接技术是将弹性可变形或实心的插针脚，加压插入印制电路板的金属化孔形成的连接，与焊接技术相比，压接连接的特点及优势体现在：1）PCB上无热应力产生；2）无影响可靠连接的焊剂残渣、锡珠等导电物质；3）无焊接中常见的虚焊、短路、透锡不良现象；4）连接器压接后，一般无需再用螺钉与PCB固定；5）使用长插针连接器压接时，PCB背后伸出的针脚可作为背面插针，实现双面连接；6）有确定的接触阻抗和良好的高频性能；7）压接效率高且成本低；8）有良好的可维修性；9）压接后免清洗，环保安全。虽然连接器压接工艺与焊接技术相比具有诸多优点，但压接却是一种不可逆的加工方法，到目前还没有一种针对压接中过压、跪针、连接器倾斜、连接器方向反向四种问题行之有效的返修方法。
压接式连接器有特殊的外形，加压插入金属化孔后就可达到接触导通，这种压接式针型有两种：硬性和柔性插针。硬性插针即实心的插针脚，是针在压接过程中不产生变形，而PCB金属化孔会变形；柔性插针即弹性可变形插针，是针在压接时受挤压会变形，而金属化孔不变形。
当压接型接插件进行压入操作时，可具体分为3个阶段，分别是压入段、接触段和分离段。在压入段，外部施加的力持续地施加于接插件上，保证接插件插针稳定垂直地进入印制板通孔中。在接触段，外部施加的力应稳定保持在一个比较小的范围内不变，保证接触区的良好接触，同时，避免插针接触区的镀层磨损过大或者印制板通孔内部敷铜层发生断裂。进入分离段后，压力应该在比较短的时间内脱离，防止由于压力持续升高造成对接插件本体和印制板的损伤，如果压力过大，不仅连接器壳会产生变形，印制板也会局部受到压力产生变形，引起印制板上其它焊点受到应力产生裂纹等隐患。过小的压力又不能将连接器压入PCB金属化孔中。
PCB上金属化孔重复压接一般不超过3次，返工时退出来的连接器不能再使用。压接连接器在压接过程中，效率和质量受压接方式、压接工装、压接压力、端子和金属化孔的匹配等因素影响。压接后未检测出连接器的损伤情况，会进一步造成设备连接故障等问题。在连接器压接过程中，任何一种因素出现问题，都可能导致连接器和PCB的损坏。在实际压接过程中，由于装配误差、传动过程中震动导致的移位等因素存在，压头与连接器的针脚位置出现偏差，易导致后期压接时，损坏连接器或PCB板;另外，连接器的形式和结构是千变万化的，随着应用对象、频率、功率、应用环境等不同，有各种不同形式的连接器。
在雷达系统以及第四代综合航电系统中，大量采用了图10所示的VPX标准的连接器。VPX是基于高速串行总线的新一代总线标准，符合VPX标准的机箱高度尺寸通常为3U和6U两种规格，宽度则根据模块间的间距和模块个数而定。按照这些标准生产的连接器具有统一的物理接口和电气接口，以及数据传输接口，同一类型的模块可相互更换。VPX标准的PCB母板都是将插座安装于母板，插头安装于各模块，通过模块与PCB母板对插实现信号传输。VPX系列插座大多采用的是压接安装方式。压接式VPX插座一般由金属壳体和多个带有鱼眼插针的内部模块组合而成，压接前先将插座的金属壳体部分拆除，将带有鱼眼插针的内部模块压配于PCB母板上，再装入金属壳体用导向销和螺母固定。
目前行业内压接设备主要有3种类型：手动式、半自动式、自动式。手动式每次只能压单件接插件，依靠人工控制压接力和压接行程，相应的价格也较便宜。半自动和自动式压接设备，能够通过程序对压接力和压接行程参数进行设置，价格相应昂贵。半自动和自动式压接机具有压接力和行程可控，压接质量好，效率高等诸多优点，已逐步取代落后的手动压接方式。无论采用哪种方式，压接过程中都需要有与连接器和PCB相匹配的上压模和下压模。压接模具的设计通常是根据不同结构类型的压接型接插件，设计不同的模具。压接时，采用上压模、下压模对压的方式。上压模作用于接插件壳体面上，下压模用于支撑接插件插针顺利压入印制板安装孔内。下压模同时还具有支撑电路板，增加印制板刚性的功能。部分连接器压接后插针需要露出印制板，在下压模上还要有相应的让位孔或让位槽。压式模具一般通过制作与PCB母板相匹配的下压模，以避开电子元件、器件引脚、连接器插针等，以防止印制板在压接过程中变形或元器件损坏。为了提高生产效率大多企业还会采用先机器自动贴装电气元件，经再流焊，将元器件焊接于PCB母板后，再压接插座的工艺方法。这种双面贴装电气元件后的PCB母板，增加了压接连接器的装配难度。不同母板的连接器排列方式和元器件位置不同，针对每种母板开发专用工装成本太高，很多时候工装开发成本甚至高于产品自身的价值。常规的方式是大批量生产时制作专用工装以避开干涉位置，单件或小批量生产时，采用手工加入非标准的双面对应的垫块方式，进行压接安装。而手动对位很难确保下压模、上压模、插座、印制板之间的相对位置关系对位准确。特别是PCB母板上有多个连接器时，操作者要花大量时间用于对位，一旦对位不准确就会造成连接器和印制板损坏，或元器件碰伤等质量问题。所以在各类产品的生产过程中不断优化改进压接设备、压接工装以及压接方法尤为重要。
发明内容
发明目的是针对现有技术VPX标准插座压接工装存在的不足之处，提供一种结构简单，成本低，容易对位，压接方便，一次压接合格率高，且适用于压接机的连接器压接工装。
本发明实现上述目的可以通过下述技术方案予以实现：一种PCB与连接器平压式压接工装，包括：固定在下模定位板5上按条形槽水平方向分布的下压模6和位于下压模6与压接机压接头1之间的上压模2，其特征在于，下模定位板5上设有定位PCB板4的定位销7和分隔多个下压模6的条形槽5b，条形槽5b将多个下压模6分隔为至少两个压接区，作为压接时PCB母板4支撑件的下压模6，分布在被分隔的压接区内；根据PCB母板4每个压接位置的长度和宽度制成长条形的下压模6，制有与连接器3安装孔位一致的贯通螺纹孔，根据连接器3形状制备的上压模2制有与连接器3形状一致的凹型盖帽压模；压接时，连接器3的模块针脚通过PCB母板4上对应预制的金属化插接孔，按矩阵方式排列插接在PCB母板4上，压接机压接头1根据数控编程和设定的压接力及压接高度，针对安放在压接机工作台面上的下模定位板5及其已定位对应了下压模6的连接器3，根据PCB母板4上需要的连接器型号和个数，选择PCB母板4支撑面上的下压模6的个数，将位于PCB母板4上方的压接机压接头1对准上压模2，同时推动下模定位板5，以单针压力值不超过35N的有效压入力，将连接器3的插针压入PCB母板4的金属化插接孔中，完成压接。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
结构简单，成本低。本发明采用固定在下模定位板5上按条形槽水平方向分布的下压模6和位于下压模6与压接机压接头1之间的上压模2，所构成的PCB母板与连接器平压式压接工装，结构简单，成本低。并且VPX标准的3U和6U插座都可以通过调整下压模的排列间距实现多种下压模的组合。通过连接器插针与金属化孔的匹配性和上压模来适应不同高度的连接器，使PCB板上所有连接器压接高度统一，压接行程一致，解决了来回调整设备压接行程问题，方便生产操作性。并且可通过调整下压模间距，达到既适用单件小批量生产又能用于大批量生产，以降低模具开发成本和提高生产效率。由于本发明下压模位置灵活多变，能适应多种产品。克服了现有技术专用工装只能用于一种PCB母板压接成本高的缺陷。
容易对位，压接方便。本发明在下模定位板5上设置分隔多个下压模6的条形槽5b，条形槽5b将多个下压模6分隔为多个压接区。下压模6是根据PCB母板4每个压接位置的长度和宽度制作，并用螺钉8固定。模具安装好后再次压接时无需安装螺钉，只需要将PCB母板4孔位对准定位销7的凸台，将其放置于下压模6和定位销7的支撑面上，即可进行压接。连接器凹型上压模2增加了边缘接触部分，受力范围达到全部覆盖，可有效避免出现连接器3边缘压合不到位的情况。在压接过程中还可以通过识别孔与让位槽，快速识别手抓取位置，方便移动和更换工装。该工装对位精度高，连接可靠，压接起来方便快捷。
单件生产时可只安装下压模6于PCB母板4，放置于下模定位板5的平面上就可直接压接，相比在PCB母板加非标准的垫板方式，省去了频繁手动对位，又能避免对位时碰伤元器件的问题。
模具采用铝合金制作重量轻，外表面经过瓷质氧化处理增加了表面硬度，提高了模具的耐磨性。
本发明适用于VPX标准的3U和6U压接型插座。
附图说明
图1是本发明一种PCB与连接器平压式压接工装的工作原理示意图。
图2是图1的带局部剖的俯视图。
图3是图1的下模定位板5的构造示意图。
图4是图1的仰视图。
图5是图4的F-F剖视图。
图6是图1的下压模6的示意图。
图7是图1的定位销7的示意图。
图8是图1的上压模2的示意图。
图9是图1的连接器3在 PCB母板4的安放位置示意图。
图10是VPX系列插座主视图
图11是整体效果示意图。
图中：1-压接机压接头，2-上压模，3-连接器，4-PCB母板，5-下模定位板，6-下压模，7-定位销，8-螺钉。
具体实施方式
参阅图1-图8。在以下描述的优选实施例中，一种PCB与连接器平压式压接工装，包括：固定在下模定位板5上按条形槽水平方向分布的下压模6和位于下压模6与压接机压接头1之间的上压模2，其特征在于，下模定位板5上设有定位PCB板4的定位销7和分隔多个下压模6的条形槽5b，条形槽5b将多个下压模6分隔为至少两个压接区，作为压接时PCB母板4支撑件的下压模6，分布在被分隔的压接区内；根据PCB母板4每个压接位置的长度和宽度制成长条形的下压模6，制有与连接器3安装孔位一致的贯通螺纹孔，根据连接器3形状制备的上压模2制有与连接器3形状一致的凹型盖帽压模；压接时，连接器3的外壳体针脚通过PCB母板4上对应预制的金属化插接孔，按矩阵方式排列插接在PCB母板4上，压接机压接头1根据数控编程和设定的压接力及压接高度，针对安放在压接机工作台面上的下模定位板5及其已定位对应了下压模6的连接器3，根据PCB母板4上需要的连接器型号和个数，选择PCB母板4支撑面上的下压模6的个数，将位于PCB母板4上方的压接机压接头1对准上压模2，同时推动下模定位板5，以单针压力值不超过35N的有效压入力，将连接器3的插针压入PCB母板4的金属化插接孔中，完成压接。
定位销7设置在下模定位板5的条形槽边上，位于压接区域的两端，并将PCB母板4定位在下模定位板5上。下模定位板5的下方制有对应条形槽5b螺纹孔，螺钉8通过螺纹孔，穿过下模定位板5的条形槽5b与PCB母板4上的下压模6连接。
待所有螺钉8紧固后，拆去PCB母板4上的安装螺钉8，此时PCB母板4可通过定位销7上的凸台完成定位，再次压接时无需安装螺钉，只需要将PCB母板4孔位对准下压模7的凸台，将其放置于下压模6和PCB板定位销7的支撑面上，即可进行压接。
下模定位板5可以是方形或长方形，四周边沿制有四个工作中用手挪动工装调整安放位置，以及卸下工装时便于在工作平面上抓取的让位槽5c，每个让位槽5c上方设有便于从俯视图方向，快速识别侧面的让位槽5c的位置的标识孔5d。下模定位板5条形槽四周还设有用于底面支撑不够时安装支撑件，正常情况下只作为备用的螺纹孔5a。
下模定位板5设有与VPX系列插座的安装孔距相对应的至少3排平行排列的间隔分布的条形槽5b，第一排和第二排的条形槽5b间距为80mm-90mm，第一排和第三排间距为200mm-220mm。条形槽5b槽宽至少为5mm-7mm，台阶宽10mm，深12mm。螺钉8穿过下模定位板5的条形槽5b与多个下压模6和2个定位销7连接，下压模6可根据连接器排列个数选择使用。下压模6作为压接时的支撑件，根据每种插座压接面的长度和宽度，制成条形长方体，长方体上制有贯通螺纹孔，其孔距是根据插座安装孔距不同制作出长80mm-90mm ，或210mm-220mm，2种孔距的下压模6。定位销7与下压模6外形尺寸一致，与PCB母板4接触面的螺纹连接处增加了直径至少4.5mm-4.9mm，高至少2.5mm-4mm的定位凸台。所有下压模6和定位销7的高度统一为至少10mm-20mm。上压模2根据连接器外形特征，制作成凹字型，以保证连接器顶部和边缘都能均匀受力，其长度根据实际需求和压接连接器的长度，制作为长度至少30mm-120mm。
将连接器3针脚插入对应的金属化插接孔内，安装上压模2，双手抓住下模定位板5上的让位槽5c移动至压接位置，双手放入安全位置后，启动压接机1完成压接。批量生产时只需直接移除压接好的PCB母板4，将新的PCB母板4孔位对准PCB板定位销7的凸台，放入连接器即可继续压接。
本发明不局限于上述实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，在不脱离本实用新型上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种PCB与连接器平压式压接工装，包括：固定在下模定位板（5）上按条形槽水平方向分布的下压模（6）和位于下压模（6）与压接机压接头（1）之间的上压模（2），其特征在于，下模定位板（5）上设有定位PCB板（4）的定位销（7）和分隔多个下压模（6）的条形槽（5b），条形槽（5b）将多个下压模（6）分隔为至少两个压接区，作为压接时PCB母板（4）支撑件的下压模（6），分布在被分隔的压接区内；根据PCB母板（4）每个压接位置的长度和宽度制成长条形的下压模（6），制有与连接器（3）安装孔位一致的贯通螺纹孔，根据连接器（3）形状制备的上压模（2）制有与连接器（3）形状一致的凹型盖帽压模；压接时，连接器（3）的模块针脚通过PCB母板（4）上对应预制的金属化插接孔，按矩阵方式排列插接在PCB母板（4）上，压接机压接头（1）根据数控编程和设定的压接力及压接高度，针对安放在压接机工作台面上的下模定位板（5）及其已定位对应了下压模（6）的连接器（3），根据PCB母板（4）上需要的连接器型号和个数，选择PCB母板（4）支撑面上的下压模（6）的个数，将位于PCB母板（4）上方的压 接机压接头（1）对准上压模（2），同时推动下模定位板（5），以单针压力值不超过35N的有效压入力，将连接器（3）的插针压入PCB母板（4）的金属化插接孔中，完成压接。
2.如权利要求1所述的PCB与连接器平压式压接工装，其特征在于：定位销（7）设置在下模定位板（5）条形槽边上，位于压接区域的两端，并将PCB母板（4）定位在下模定位板（5）上。
3.如权利要求1所述的PCB与连接器平压式压接工装，其特征在于：下模定位板（5）的下方制有对应条形槽（5b）螺纹孔，螺钉（8）通过螺纹孔，穿过下模定位板（5）的条形槽（5b）与PCB母板（4）上的下压模（6）连接。
4.如权利要求1所述的PCB与连接器平压式压接工装，其特征在于：下模定位板（5）四周边沿制有四个工作中用手挪动工装，调整安放位置，以及卸下工装时便于在工作平面上抓取的让位槽（5c），每个让位槽（5c）上方设有便于从俯视图方向，快速识别侧面的让位槽（5c）的位置的标识孔（5d）。
5.如权利要求1所述的PCB与连接器平压式压接工装，其特征在于：下模定位板（5）条形槽四周还设有用于底面支撑不够时的安装支撑件，正常情况下只作为备用的螺纹孔（5a）。
6.如权利要求1所述的PCB与连接器平压式压接工装，其特征在于：下模定位板（5）设有与VPX系列插座的安装孔距相对应的至少3排平行排列的，并且间隔分布的条形槽（5b）。
7.如权利要求1所述的PCB与连接器平压式压接工装，其特征在于：第一排和第二排的条形槽5b间距为80mm-90mm，第一排和第三排间距为200mm-220mm，并且槽宽至少为5mm-7mm，台阶宽10mm，深12mm。
8.如权利要求1所述的PCB与连接器平压式压接工装，其特征在于：螺钉（8）穿过下模定位板（5）的条形槽（5b）与多个下压模（6）连接，下压模（6）根据连接器排列个数选择使用。
9.如权利要求6所述的PCB与连接器平压式压接工装，其特征在于：下压模（6）根据每种插座压接面的长度和宽度，制成条形长方体，长方体上制有贯通螺纹孔，其孔距是根据插座安装孔距不同制作出长80mm-90mm ，或长210mm-220mm，2种孔距的下压模（6）。
10.如权利要求6所述的PCB与连接器平压式压接工装，其特征在于：定位销（7）根据每种插座压接面的长度和宽度，制成条形长方体，长方体上制有贯通螺纹孔，其孔距是根据插座安装孔距不同制作出长80mm-90mm ，或长210mm-220mm，2种孔距的定位销（7），与PCB母板（4）接触面的螺纹连接处增加了直径4.5mm-4.9mm，高至少2.5mm-4mm的定位凸台。
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