CN114161021A - 一种气密封微矩形电连接器的密封焊接结构及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气密封微矩形电连接器的密封焊接结构及焊接方法，属于微波组件工艺焊接技术领域，焊接结构包括第一层焊料、金属套筒、第二层焊料、第一焊料环和第二焊料环，通过在电连接器外壳上由内至外依次设置第一层焊料、金属套筒和第二层焊料，再在电连接器外壳内外端设置第一焊料环和第二焊料环，第一焊料环和第二焊料环与槽体内外端内壁密封焊接连接，以形成两道电连接器与铝合金盒体之间的焊接屏障。本发明提供的一种气密封微矩形电连接器的密封焊接结构及焊接方法，具有高可靠的气密性，保证了气密封微矩形电连接器的密封性能，焊接后焊缝质量较高，不受局部残余应力的影响，电连接器前期焊接处受热应力不会出现开裂的技术效果。

Description

一种气密封微矩形电连接器的密封焊接结构及焊接方法

技术领域

本发明属于微波组件工艺焊接技术领域，更具体地说，是涉及一种气密封微矩形电连接器的密封焊接结构及焊接方法。

背景技术

微矩形电连接器是一种在电气终端之间提供连接与分离功能的元件，国内发展成熟的有J30J系列微矩形电连接器。下面以介绍J30JM系列玻璃烧结密封产品为主，外壳材料为铁镍钴合金，由于其与玻璃相匹配的热膨胀系数，使得该合金可用于玻璃的烧结密封。因其具有高密度、轻型化、微型化的优点，广泛应用于航空航天、武器装备等领域，尤其适用于对使用空间、设备轻量化有特殊要求以及高可靠气密封要求的场合。随着微波组件芯片化的改造，对产品气密封的要求越来越高，使得气密封连接器的应用场合越来越广泛，然而在实际生产中，产品的轻量化多使用铝合金壳体与电连接器焊接，两者之间热匹配的差异及焊接工艺等问题，使其与产品之间高可靠的气密性难以得到有效保障，主要体现在：

1、手工焊接操作水平高低，焊接的一致性难以保证；

2、焊接时不同材料之间热膨胀系数不匹配，导致焊接后焊缝质量不高，受局部残余应力的影响难以气密；

3、激光封盖与气密封连接器焊接处的热熔区域，受局部热影响会导致前期焊接连接器的焊缝处受热应力而出现开裂；

4、气密封微矩形电连接器的接触件数目，芯数越多，焊缝也越长，常规的焊接方法越难以保证产品的气密性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气密封微矩形电连接器的密封焊接结构及焊接方法，旨在解决微波组件中气密封微矩形电连接器的密封性能不好的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种气密封微矩形电连接器的密封焊接结构，铝合金盒体上开设有适于安装电连接器的槽体，密封焊接结构包括第一层焊料、金属套筒、第二层焊料、第一焊料环和第二焊料环；第一层焊料形成于电连接器外壳外周壁上且靠近槽体内部；金属套筒相适配的套接在电连接器外壳上且内壁与所述第一层焊料贴合；第二层焊料形成于所述金属套筒外周壁上，所述第二层焊料适于与槽体内壁贴合；第一焊料环形成于电连接器外壳内端外周壁上且适于与槽体内端内壁密封焊接连接，以形成电连接器内端与铝合金盒体之间的焊接屏障；第二焊料环形成于电连接器外壳外端外周壁上且适于与槽体外端内壁密封焊接连接，以形成电连接器外端与铝合金盒体之间的焊接屏障。

在一种可能的实现方式中，靠近铝合金盒体外侧的所述槽体端部具有导流槽，在所述导流槽内设有焊锡丝，所述焊锡丝适于与所述第二焊料环配合焊接。

在一种可能的实现方式中，在所述铝合金盒体底部具有适于加热铝合金盒体的加热平台。

在一种可能的实现方式中，所述第一焊料环和所述第二焊料环均为封闭状焊料环且包裹在电连接器外壳内外端周壁上，所述第一焊料环和所述第二焊料环在焊接时以焊膏或锡丝作为钎料进行焊接。

在一种可能的实现方式中，所述金属套筒的热膨胀系数位于铝合金盒体的热膨胀系数与电连接器外壳的热膨胀系数之间。

在一种可能的实现方式中，所述金属套筒的材料为10号钢。

本发明提供的一种气密封微矩形电连接器的密封焊接结构的有益效果在于：与现有技术相比，本发明一种气密封微矩形电连接器的密封焊接结构包括第一层焊料、金属套筒、第二层焊料、第一焊料环和第二焊料环，通过在电连接器外壳上由内至外依次设置第一层焊料、金属套筒和第二层焊料，再在电连接器外壳内外端设置第一焊料环和第二焊料环，第一焊料环和第二焊料环与槽体内外端内壁密封焊接连接，以形成两道电连接器与铝合金盒体之间的焊接屏障，解决了微波组件中气密封微矩形电连接器的密封性能不好的技术问题，具有高可靠的气密性，保证了气密封微矩形电连接器的密封性能，焊接后焊缝质量较高，不受局部残余应力的影响，电连接器前期焊接处受热应力不会出现开裂的技术效果。

本发明还提供了一种气密封微矩形电连接器的密封焊接方法，包括以下步骤：

将第一层焊料形成于电连接器外壳外周壁上且靠近槽体内部；

将金属套筒相适配的套接在电连接器外壳上，使金属套筒内壁与所述第一层焊料贴合；

将第二层焊料形成于所述金属套筒外周壁上，并与槽体内壁贴合；

将第一焊料环形成于电连接器外壳内端外周壁上，并与槽体内端内壁密封焊接连接，以形成电连接器内端与铝合金盒体之间的焊接屏障；

将第二焊料环形成于电连接器外壳外端外周壁上，并与槽体外端内壁密封焊接连接，以形成电连接器外端与铝合金盒体之间的焊接屏障；

将电连接器安装于铝合金盒体槽体内部，并将铝合金盒体放置在加热平台上加热，在加热过程中完成电连接器与铝合金盒体的密封焊接。

在一种可能的实现方式中，在靠近铝合金盒体外侧的所述槽体端部设置导流槽，在所述导流槽内设置焊锡丝，并使所述焊锡丝与所述第二焊料环配合焊接。

在一种可能的实现方式中，选用的金属套筒的热膨胀系数位于铝合金盒体的热膨胀系数与电连接器外壳的热膨胀系数之间。

在一种可能的实现方式中，使用的所述第一焊料环和所述第二焊料环均为封闭状焊料环，在焊接时以焊膏或锡丝作为钎料，配合使用第一焊料环或第二焊料环进行焊接。

本发明提供的一种气密封微矩形电连接器的密封焊接方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明一种气密封微矩形电连接器的密封焊接方法具有高可靠的气密性，包括在电连接器外壳上由内至外依次形成的第一层焊料、金属套筒和第二层焊料，再在电连接器外壳内外端设置第一焊料环和第二焊料环，第一焊料环和第二焊料环与槽体内外端内壁密封焊接连接，以形成两道电连接器与铝合金盒体之间的焊接屏障，保证了气密封微矩形电连接器的密封性能，焊接后焊缝质量较高，不受局部残余应力的影响，电连接器前期焊接处受热应力不会出现开裂。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种气密封微矩形电连接器的密封焊接结构的爆炸或装配结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种气密封微矩形电连接器的密封焊接结构的第一层焊料设置在电连接器上的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种气密封微矩形电连接器的密封焊接结构的金属套筒、第二层焊料和第二焊料环处于分离状态示意图；

图4为本发明实施例提供的一种气密封微矩形电连接器的密封焊接结构转配在铝合金盒体上的侧视图；

图5为本发明实施例提供的一种气密封微矩形电连接器的密封焊接结构转配在铝合金盒体上电连接器内部剖视图；

图6为本发明实施例提供的一种气密封微矩形电连接器的密封焊接结构与铝合金盒体装配后连接处的剖视图(图中两个虚线框图分别为电连接器与铝合金盒体之间形成的密封焊接屏障，阴影部分为焊锡烧结)；

图7为现有技术中未设置金属套筒的焊料等效应力仿真结果图；

图8为现有技术中未设置金属套筒的焊料剪切应力仿真结果图；

图9为现有技术中未设置金属套筒的焊料弹性应变仿真结果图；

图10为现有技术中未设置金属套筒的焊料塑性应变仿真结果图；

图11为本发明中设置金属套筒的焊料等效应力仿真结果图；

图12为本发明中设置金属套筒的焊料剪切应力仿真结果图；

图13为本发明中设置金属套筒的焊料弹性应变仿真结果图；

图14为本发明中设置金属套筒的焊料塑性应变仿真结果图。

附图标记说明：

1、铝合金盒体；2、槽体；3、第一层焊料；4、金属套筒；5、第二层焊料；6、第一焊料环；7、第二焊料环；8、电连接器外壳。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1至图6、图11-图14，现对本发明提供的一种气密封微矩形电连接器的密封焊接结构进行说明。所述一种气密封微矩形电连接器的密封焊接结构，铝合金盒体1上开设有适于安装电连接器的槽体2，密封焊接结构包括第一层焊料3、金属套筒4、第二层焊料5、第一焊料环6和第二焊料环7；第一层焊料3形成于电连接器外壳8外周壁上且靠近槽体2内部；金属套筒4相适配的套接在电连接器外壳8上且内壁与第一层焊料3贴合；第二层焊料5形成于金属套筒4外周壁上，第二层焊料5适于与槽体2内壁贴合；第一焊料环6形成于电连接器外壳8内端外周壁上且适于与槽体2内端内壁密封焊接连接，以形成电连接器(电连接器外壳8)内端与铝合金盒体1之间的焊接屏障；第二焊料环7形成于电连接器外壳8外端外周壁上且适于与槽体2外端内壁密封焊接连接，以形成电连接器(电连接器外壳8)外端与铝合金盒体1之间的焊接屏障。

本发明提供的一种气密封微矩形电连接器的密封焊接结构，与现有技术相比，本发明一种气密封微矩形电连接器的密封焊接结构包括第一层焊料3、金属套筒4、第二层焊料5、第一焊料环6和第二焊料环7，通过在电连接器外壳8上由内至外依次设置第一层焊料3、金属套筒4和第二层焊料5，再在电连接器外壳8内外端设置第一焊料环6和第二焊料环7，第一焊料环6和第二焊料环7与槽体2内外端内壁密封焊接连接，以形成两道电连接器与铝合金盒体1之间的焊接屏障，而且一定程度的焊料量可以有效缓解焊环处的应力及应变，解决了微波组件中气密封微矩形电连接器的密封性能不好的技术问题，具有高可靠的气密性，保证了气密封微矩形电连接器的密封性能，焊接后焊缝质量较高，不受局部残余应力的影响，电连接器前期焊接处受热应力不会出现开裂的技术效果。

在铝合金盒体1上开设的槽体2为一种通槽，即贯通铝合金盒体1外部和内部的槽或通孔，通过在槽体2内安装电连接器，并通过本发明的密封焊接结构，可实现提高电连接器与槽体2之间的密封性能，保证密封效果。本发明中的电连接器或其外壳的结构为呈凸字形，内部具有型芯，端面较大的一端朝向铝合金盒体1的外部，即设置有第二焊料环7的一端。

为了实现焊锡丝配合第二焊料环7配合连接，则在一些实施例中，请参阅图1至图6、图11-图14，靠近铝合金盒体1外侧的槽体2端部具有导流槽，在导流槽内设有焊锡丝，焊锡丝适于与第二焊料环7配合焊接。

具体的，在靠近铝合金盒体1内侧的槽体2端部也具有导流槽，在导流槽内也设有焊锡丝，焊锡丝适于与第一焊料环6配合焊接。

在一些实施例中，请参阅图1至图6、图11-图14，在铝合金盒体1底部具有适于加热铝合金盒体1的加热平台(在图中未示出)。本加热平台选用现有技术中常用的加热器等加热部件，当铝合金盒体1放置在加热平台上并被加热，在加热过程中完成焊接。第一层焊料3和第二层焊料5分别实现金属套筒4与铝合金盒体1的焊接连接、金属套筒4与槽体2的焊接连接，最后使用第一焊料环6和第二焊料环7将电连接器的内端和外端全部与槽体2焊接连接，从而保证了气密封微矩形电连接器与槽体2之间的密封焊接。

在一些实施例中，请参阅图1至图6、图11-图14，第一焊料环6和第二焊料环7均为封闭状焊料环且包裹在电连接器外壳8内外端周壁上，第一焊料环6和第二焊料环7在焊接时以焊膏或锡丝作为钎料进行焊接。在焊接时辅助烧结工艺，则第一焊料环6和第二焊料环7焊接后连接稳定性强，从而保证了密封性能。

具体的，在附图中看，第二焊料环7所围成的周长大于第一焊料环6所围成的周长。第二焊料环7位于电连接器外壳8的外端边上，沿外端边包裹设置；第一焊料环6位于电连接器外壳8的内端边上，沿内端边包裹设置。金属套筒4的形状与电连接器外壳8的形状相适配，且能够完全套装或装配上，通过第一层焊料3可将两者稳定连接，通过使用第二层焊料5可实现金属套筒4与槽体2稳定连接。

在一些实施例中，请参阅图1至图6、图11-图14，金属套筒4的热膨胀系数位于铝合金盒体1的热膨胀系数与电连接器外壳8的热膨胀系数之间。

在一些实施例中，请参阅图1至图6、图11-图14，金属套筒4的材料为10号钢。金属套筒4的热膨胀系数与电连接器的热膨胀系数相近，可以有效的匹配不同材料之间应力的变化，避免了铝合金盒体1与电连接器外壳8之间的热膨胀系数不匹配的问题。

本发明的密封焊接结构，在焊接过程中辅助焊锡烧结工艺。

本发明还提供一种气密封微矩形电连接器的密封焊接方法，包括以下步骤：

将第一层焊料3形成于电连接器外壳8外周壁上且靠近槽体2内部；

将金属套筒4相适配的套接在电连接器外壳8上，使金属套筒4内壁与第一层焊料3贴合；

将第二层焊料5形成于金属套筒4外周壁上，并与槽体2内壁贴合；

将第一焊料环6形成于电连接器外壳8内端外周壁上，并与槽体2内端内壁密封焊接连接，以形成电连接器(电连接器外壳8)内端与铝合金盒体1之间的焊接屏障；

将第二焊料环7形成于电连接器外壳8外端外周壁上，并与槽体2外端内壁密封焊接连接，以形成电连接器(电连接器外壳8)外端与铝合金盒体1之间的焊接屏障；

将电连接器安装于铝合金盒体1槽体2内部，并将铝合金盒体1放置在加热平台上加热，在加热过程中完成电连接器与铝合金盒体1的密封焊接。

本发明提供的一种气密封微矩形电连接器的密封焊接方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明一种气密封微矩形电连接器的密封焊接方法具有高可靠的气密性，包括在电连接器外壳8上由内至外依次形成的第一层焊料3、金属套筒4和第二层焊料5，再在电连接器外壳8内外端设置第一焊料环6和第二焊料环7，第一焊料环6和第二焊料环7与槽体2内外端内壁密封焊接连接，以形成两道电连接器(电连接器外壳8)与铝合金盒体1之间的焊接屏障，保证了气密封微矩形电连接器的密封性能，焊接后焊缝质量较高，不受局部残余应力的影响，电连接器前期焊接处受热应力不会出现开裂。

为了实现焊锡丝配合第二焊料环7配合连接，则在一些实施例中，参阅图1至图6、图11-图14，在靠近铝合金盒体1外侧的槽体2端部设置导流槽，在导流槽内设置焊锡丝，并使焊锡丝与第二焊料环7配合焊接。

具体的，在靠近铝合金盒体1内侧的槽体2端部也具有导流槽，在导流槽内也设有焊锡丝，焊锡丝适于与第一焊料环6配合焊接。

在一些实施例中，参阅图1至图6、图11-图14，选用的金属套筒4的热膨胀系数位于铝合金盒体1的热膨胀系数与电连接器外壳8的热膨胀系数之间。金属套筒4的热膨胀系数与电连接器的热膨胀系数相近，可以有效的匹配不同材料之间应力的变化，避免了铝合金盒体1与电连接器外壳8之间的热膨胀系数不匹配的问题。金属套筒4材料选用10号钢。

在一些实施例中，参阅图1至图6、图11-图14，使用的第一焊料环6和第二焊料环7均为封闭状焊料环，在焊接时以焊膏或锡丝作为钎料，配合使用第一焊料环6或第二焊料环7进行焊接。在焊接时辅助烧结工艺，则第一焊料环6和第二焊料环7焊接后连接稳定性强，从而保证了密封性能。

具体的，在附图中看，第二焊料环7所围成的周长大于第一焊料环6所围成的周长。

铝合金盒体1上靠近电连接器的上方部位为激光封盖热熔区域。

铝合金盒体1的槽体2内局部设置为镀金。电连接器的外壳材料为可伐合金，在焊接时辅助焊锡烧结工艺。

相比于现有技术中使用的焊接结构或焊接方法，在温冲试验20次后产品就出现气密性不达标的问题。

针对上述提到的技术问题，本发明主要从材料之间的热匹配入手，设计一种与电连接器热膨胀系数相近的金属套筒4，并进一步对金属套筒4和铝合金盒体1开槽结构进行优化，以焊膏或锡丝为钎料配合焊料环焊接，并进行热应力仿真，旨在比较焊缝处的应力变化下焊接工艺的可靠性，并在某项目中依据GJB 360B-2009中的方法107，条件为：温度在-55℃～-85℃，温度保持1h,转换时间≤5min，温度冲击150次，每50次温度冲击做一次细检漏，空气漏率可达到(一个大气压下，≤1X10^-8Pa·m³/s)，产品密封检漏的成功率达到98％以上，能够有效的解决产品的漏率问题。很好的解决了气密封微矩形电连接器在多次温度冲击试验后的漏率问题，本发明尤其适用于21芯以上的电连接器，比起传统的焊接方式，可以很大程度上减少后期环境试验中因产品的气密不达标而返修所带来的时间和成本的压力。

本发明优化了微波组件中气密封微矩形电连接器的密封焊接结构和密封焊接方式，与传统的焊接结构或方式相比较，通过使用三维仿真软件进行应力仿真或模拟，旨在比较焊缝处的应力变化下焊接工艺的可靠性，并在上述项目中实施。通过对传统焊接结构与本发明的焊接结构进行对比仿真，并得到如附图7-14所示的仿真图，其中图7-图10为没有设置金属套筒4的焊料仿真结果图，图11-图14为本发明设置了金属套筒4并使用本发明的焊接结构和方法后的焊料仿真结果图。在图中仿真的模型对比有四方面，依次为等效应力、剪切应力、弹性应变和塑性应变。其中图7和图11为等效应力图、图8和图12为剪切应力图、图9和图13为弹性应变图以及图10和图14为塑性应变图。

通过上述仿真后结果分析：

针对不同材料之间热匹配的影响，经过50次温冲过程仿真分析，可以看出材料的等效应力及剪切应力最大值比较，增加金属套筒4的焊料受力情况小于30％多的量级，由此可看出这样的焊缝随着温度的变化而开裂或泄露的程度要大大减小。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气密封微矩形电连接器的密封焊接结构，铝合金盒体上开设有适于安装电连接器的槽体，其特征在于，包括：

第一层焊料，形成于电连接器外壳外周壁上且靠近槽体内部；

金属套筒，相适配的套接在电连接器外壳上且内壁与所述第一层焊料贴合；

第二层焊料，形成于所述金属套筒外周壁上，所述第二层焊料适于与槽体内壁贴合；

第一焊料环，形成于电连接器外壳内端外周壁上且适于与槽体内端内壁密封焊接连接，以形成电连接器内端与铝合金盒体之间的焊接屏障；以及

第二焊料环，形成于电连接器外壳外端外周壁上且适于与槽体外端内壁密封焊接连接，以形成电连接器外端与铝合金盒体之间的焊接屏障。

2.如权利要求1所述的一种气密封微矩形电连接器的密封焊接结构，其特征在于，靠近铝合金盒体外侧的所述槽体端部具有导流槽，在所述导流槽内设有焊锡丝，所述焊锡丝适于与所述第二焊料环配合焊接。

3.如权利要求1所述的一种气密封微矩形电连接器的密封焊接结构，其特征在于，在所述铝合金盒体底部具有适于加热铝合金盒体的加热平台。

4.如权利要求1所述的一种气密封微矩形电连接器的密封焊接结构，其特征在于，所述第一焊料环和所述第二焊料环均为封闭状焊料环且包裹在电连接器外壳内外端周壁上，所述第一焊料环和所述第二焊料环在焊接时以焊膏或锡丝作为钎料进行焊接。

5.如权利要求1所述的一种气密封微矩形电连接器的密封焊接结构，其特征在于，所述金属套筒的热膨胀系数位于铝合金盒体的热膨胀系数与电连接器外壳的热膨胀系数之间。

6.如权利要求1所述的一种气密封微矩形电连接器的密封焊接结构，其特征在于，所述金属套筒的材料为10号钢。

7.一种气密封微矩形电连接器的密封焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

将第一层焊料形成于电连接器外壳外周壁上且靠近槽体内部；

将金属套筒相适配的套接在电连接器外壳上，使金属套筒内壁与所述第一层焊料贴合；

将第二层焊料形成于所述金属套筒外周壁上，并与槽体内壁贴合；

将第一焊料环形成于电连接器外壳内端外周壁上，并与槽体内端内壁密封焊接连接，以形成电连接器内端与铝合金盒体之间的焊接屏障；

将第二焊料环形成于电连接器外壳外端外周壁上，并与槽体外端内壁密封焊接连接，以形成电连接器外端与铝合金盒体之间的焊接屏障；

将电连接器安装于铝合金盒体槽体内部，并将铝合金盒体放置在加热平台上加热，在加热过程中完成电连接器与铝合金盒体的密封焊接。

8.如权利要求7所述的一种气密封微矩形电连接器的密封焊接方法，其特征在于，在靠近铝合金盒体外侧的所述槽体端部设置导流槽，在所述导流槽内设置焊锡丝，并使所述焊锡丝与所述第二焊料环配合焊接。

9.如权利要求7所述的一种气密封微矩形电连接器的密封焊接方法，其特征在于，选用的金属套筒的热膨胀系数位于铝合金盒体的热膨胀系数与电连接器外壳的热膨胀系数之间。

10.如权利要求7所述的一种气密封微矩形电连接器的密封焊接方法，其特征在于，使用的所述第一焊料环和所述第二焊料环均为封闭状焊料环，在焊接时以焊膏或锡丝作为钎料，配合使用第一焊料环或第二焊料环进行焊接。

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