CN115332897B - 一种自导向射频连接器及其钎焊工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自导向射频连接器及其钎焊工艺方法。该自导向射频连接器的外壳包括一体成型且外圆直径依次递增的第一圆环、第二圆环、自导向圆环，自导向圆环的内孔为圆锥形孔，自导向射频连接器安装于所述连接器孔中，其中，第一圆环和第二圆环位于连接器孔内，自导向圆环位于微波模块金属壳体表面以上，自导向圆环与微波模块金属壳体之间设置有环绕于第二圆环的软钎料焊圈，软钎料焊圈部分地裸露于自导向圆环与微波模块金属壳体之外。本发明可以有效解决现有技术由于溢锡而带来的多余物质量风险以及阵面装配干涉失效风险，提升了对射频信号的电磁屏蔽效果，模块金属壳体厚度需求更薄，能够承受更多循环次数的振动及热冲击。

Description

一种自导向射频连接器及其钎焊工艺方法

技术领域

本发明属于微波组件及T/R组件制造技术领域，具体涉及一种自导向射频连接器及其钎焊工艺方法。

背景技术

高频微波模块通过射频连接器（以下简称SMP）与子阵完成信号互联，由于子阵集成度越来越高，同时插拔的SMP点数也越来越多，SMP的装配对位精度往往无法完全满足多点阵同时装配的需求，因此需要在SMP端头装配导向环（以下简称DXH），以降低多点子阵的对位装配难度。

高频微波组件组装过程中，通常采用软钎焊的方法进行组件SMP与DXH之间的焊接，不仅要保证SMP与DXH之间的装配精度及焊接强度，还要保证SMP与壳体之间钎焊缝的气密性，用以隔绝组件内部气氛与环境气氛的交换，防止组件内部器件失效。为了确保钎焊缝气密有效性，在SMP与壳体之间的焊料槽内，必须要有饱满的钎料。SMP与DXH装配入壳体对应孔位后，SMP末端与DXH接触位置会形成一个狭小缝隙，该狭缝对流体会产生毛细作用，焊料槽内的钎料在回流焊接过程中熔融，成为流体状态，通过狭缝毛细作用溢流至SMP内部形成多余钎料。如图1-2所示，SMP9装入微波模块金属壳体4的连接器孔中，DXH7装配于连接器孔的入口处，SMP9、DXH7和微波模块金属壳体4之间形成焊料槽，焊料槽内部填充有软钎料10，回流焊接过程中，软钎料10从SMP9和DXH7的狭缝溢出，在SMP9和DXH7的狭缝外侧形成钎焊缝溢锡8。

通过毛细作用溢流至连接器内部的钎料存在以下两三点危害：

1）溢流至SMP内部的钎料鼓凸、不平滑，在与子阵进行互连时，插拔不通顺，存在损伤外部连接头的风险，同时增加了多点阵装配时的插拔难度；

2）在与子阵插拔配合时，鼓凸的多余钎料容易被外部连接头推至SMP根部，在质量上存在一定的短路风险；

3）溢流的多余钎料越多，SMP与壳体之间焊料槽内的钎料就会越少，SMP与壳体之间钎焊缝不气密的风险也会随之增加。

因此高频微波模块焊接后要检查SMP与DXH之间的钎料，溢流至SMP内部的钎料需要及时处理，以保证SMP内壁无钎料鼓凸，用以确保高频微波模块与子阵互联装配时，插拔通顺，同时排除短路风险。

发明内容

本发明在高集成度、多点阵微波模块的设计需求下，为了解决SMP与DXH之间溢锡问题，提供一种自导向射频连接器及其钎焊工艺方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种自导向射频连接器，包括外壳和中心导体，若干个所述自导向射频连接器分散安装于微波模块金属壳体上，所述外壳包括一体成型的第一圆环、第二圆环、自导向圆环，所述第一圆环、第二圆环、自导向圆环的外圆直径依次递增，所述自导向圆环的内孔为圆锥形孔，且圆锥形孔的直径较大的一端朝向远离第一圆环的一侧设置，所述微波模块金属壳体上设置有若干个连接器孔，所述自导向射频连接器一一对应地安装于所述连接器孔中，其中，所述第一圆环和第二圆环位于连接器孔内，所述自导向圆环伸出连接器孔，位于微波模块金属壳体表面以上，所述自导向圆环与微波模块金属壳体之间设置有环绕于第二圆环的软钎料焊圈，所述软钎料焊圈部分地裸露于自导向圆环与微波模块金属壳体之外。

进一步的，所述圆锥形孔的中心轴与外壳的中心轴重合，圆锥形孔的最小圆锥直径与第二圆环的内孔直径相等，圆锥形孔的锥角大于0°且小于90°。

进一步的，所述第一圆环内填充有玻璃体，中心导体通过所述玻璃体固定安装于外壳的中心轴线处，且中心导体的端部延伸至第二圆环内。

进一步的，所述连接器孔为阶梯形孔，包括第一圆柱孔、第二圆柱孔、第三圆柱孔，所述外壳的第一圆环安装于第一圆柱孔内，所述外壳的第二圆环安装于第二圆柱孔和第三圆柱孔内，且第二圆环的轴向长度大于第二圆柱孔和第三圆柱孔的轴向长度之和，所述第三圆柱孔的直径大于自导向圆环的外圆直径，所述软钎料焊圈设置于第三圆柱孔内，其外圆与第三圆柱孔的孔壁接触，其内圆与第二圆环的外圆面接触，其上端面与自导向圆环的底端面接触，所述软钎料焊圈的高度大于第三圆柱孔的轴向长度。

进一步的，所述自导向射频连接器的外壳采用4J42或4J29膨胀合金材料；所述微波模块金属壳体的材料采用Al50Si或TC4；所述软钎料焊圈的材料采用Sn63Pb37或SAC305。

进一步的，自导向圆环的底端面的外缘处通过内切倒角形成一环形槽。

一种上述自导向射频连接器的钎焊工艺方法，包括如下步骤：

步骤一：准备自导向射频连接器、微波模块金属壳体、软钎料焊圈；

步骤二：将软钎料焊圈装配于微波模块金属壳体的连接器孔上；

步骤三：将外壳穿过软钎料焊圈装配于连接器孔中，装配完成后，第一圆环和第二圆环位于连接器孔内，自导向圆环伸出连接器孔，位于微波模块金属壳体表面以上，且自导向圆环的底端面搭接于软钎料焊圈之上，软钎料焊圈部分地裸露于自导向圆环与微波模块金属壳体之外；

步骤四：按封装工艺条件，对步骤三的装配结构进行回流焊接，完成自导向射频连接器与微波模块金属壳体的钎焊气密封装。

进一步的，所述第一圆环、第二圆环、自导向圆环的外圆直径分别为ΦD1、ΦD2、ΦD3，对应圆环高度分别为H1、H2、H3，其中，ΦD2>ΦD1，H3=1~2mm，ΦD3=ΦD2+(1~2mm)。

进一步的，所述连接器孔为阶梯形孔，包括第一圆柱孔、第二圆柱孔、第三圆柱孔，第一圆柱孔、第二圆柱孔、第三圆柱孔的孔径分别为Φd1、Φd2、Φd3，对应孔深分别为h1、h2、h3，其中，Φd3>Φd2>Φd1，Φd1=ΦD1+0.1mm，Φd2=ΦD2+0.1mm，Φd3=ΦD3+（0.2~0.5mm），h1=H1-0.1mm，h2=H2-（0.4~0.6mm），h3=0.2~0.4mm。

进一步的，所述软钎料焊圈为圆环结构，其圆环内径=ΦD2+0.2mm，其圆环外径=Φd3-0.2mm，厚度=H2-h2。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明可以有效解决目前SMP与DXH焊接后，由于溢锡而带来的多余物质量风险以及阵面装配干涉失效风险，避免了SMP与DXH之间狭缝对软钎料流体产生毛细作用；同时，由于自导向射频连接器一体加工，不存在传统SMP+DXH的装配缝隙，对射频信号的电磁屏蔽效果要明显优于传统SMP和DXH分体式装配结构；最后，与自导向射频连接器配合安装的模块金属壳体厚度需求更薄，更薄的金属壳体在微组装过程中热应力越小，表现为微波模块在服役过程中，能够承受更多循环次数的振动及热冲击，使用寿命更长。本发明可以推广至雷达集成度高、阵面装配点阵多的微波模块中，在机载、舰载等多点阵雷达微波模块中可推广使用。

附图说明

图1是SMP与DXH钎焊缝溢锡示意图；

图2是SMP与DXH钎焊缝溢锡实物图；

图3是自导向射频连接器结构示意图；

图4是自导向射频连接器与金属壳体钎焊焊接示意图；

图5是自导向射频连接器与金属壳体钎焊焊接实物图。

图中标记：1-中心导体；2-玻璃体；3-外壳；4-微波模块金属壳体；5-自导向射频连接器；6-软钎料焊圈；7- DXH；8-钎焊缝溢锡；9-SMP；10-软钎料。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本实施例一种自导向射频连接器的结构如图3所示，该自导向射频连接器包括带有自导向结构的外壳3（外壳为金属材质，本实施例优选采用4J42、4J29等膨胀合金材料，并按尺寸要求制备自导向射频连接器），外壳3中设置有中心导体1。实际安装时，若干个自导向射频连接器5分散安装于微波模块金属壳体4上，图4显示了其中某一自导向射频连接器5与微波模块金属壳体4的安装结构。

如图3所示，外壳3包括依次连接的第一圆环、第二圆环，自导向射频连接器5的外壳以外壳的中心轴为基准，在第二圆环的金属圆柱外延圆柱形导向结构现成自导向圆环，第一圆环、第二圆环、自导向圆环为一体成型结构，相邻部件之间无缝隙。第一圆环内填充有玻璃体2，中心导体1通过玻璃体2固定安装于外壳3的中心轴线处，且中心导体1的端部延伸至第二圆环内。

具体的，第一圆环、第二圆环、自导向圆环的外圆直径依次递增；第一圆环、第二圆环的内圆直径依次递增；自导向圆环的内孔为圆锥形孔，且圆锥形孔的直径较大的一端朝向远离第一圆环的一侧设置，圆锥形孔的中心轴与外壳的中心轴保持一致，圆锥形孔的最小圆锥直径与第二圆环的内孔直径大小一致，圆锥形孔的锥角为θ，满足0°<θ<90°。

具体的，第一圆环、第二圆环、自导向圆环的外圆直径分别为ΦD1、ΦD2、ΦD3，对应圆环高度分别为H1、H2、H3。其中，ΦD2>ΦD1，H3=1~2mm，ΦD3=ΦD2+(1~2mm)。

如图4-5所示，微波模块金属壳体4上设置有若干个连接器孔，所述自导向射频连接器一一对应地安装于所述连接器孔中。其中，第一圆环和第二圆环位于连接器孔内，自导向圆环伸出连接器孔，位于微波模块金属壳体4表面以上，自导向圆环与微波模块金属壳体4之间设置有环绕于第二圆环的软钎料焊圈6，该软钎料焊圈6部分地裸露于自导向圆环与微波模块金属壳体之外。本实施例中，微波模块金属壳体4的材料优选为Al50Si、TC4等，并按尺寸要求制备微波模块金属壳体4；软钎料焊圈6的材料优选采用Sn63Pb37或SAC305等，并按尺寸要求制备软钎料焊圈6。

本实施例优选连接器孔为阶梯形孔，连接器孔具体包括第一圆柱孔、第二圆柱孔、第三圆柱孔，外壳3的第一圆环安装于第一圆柱孔内，外壳3的第二圆环安装于第二圆柱孔和第三圆柱孔内，且第二圆环的轴向长度大于第二圆柱孔和第三圆柱孔的轴向长度之和，第三圆柱孔的直径大于自导向圆环的外圆直径，软钎料焊圈6设置于第三圆柱孔内，其外圆与第三圆柱孔的孔壁接触，其内圆与第二圆环的外圆面接触，其上端面与自导向圆环的底端面接触，软钎料焊圈6的高度大于第三圆柱孔的轴向长度。

具体的，第一圆柱孔、第二圆柱孔、第三圆柱孔的孔径分别为Φd1、Φd2、Φd3，对应孔深分别为h1、h2、h3，直径为Φd2的内孔在位置上介于直径为Φd1和Φd3的两个内孔之间。其中，Φd3>Φd2>Φd1，Φd1=ΦD1+0.1mm，Φd2=ΦD2+0.1mm，Φd3=ΦD3+（0.2~0.5mm），h1=H1-0.1mm，h2=H2-（0.4~0.6mm），h3=0.2~0.4mm。软钎料焊圈6为预制圆环结构，其圆环内径=ΦD2+0.2mm，其圆环外径=Φd3-0.2mm，厚度=H2-h2。

焊圈为圆环状软钎料，圆环内径=ΦD2+0.2mm，圆环外径=Φd3-0.2mm，厚度=H2-h2，焊圈材料可以选择Sn63Pb37、SAC305等，并按尺寸要求制备软钎料焊圈。

本实施例优选的，如图4所示，自导向圆环的底端面的外缘处设置有内切倒角，自导向射频连接器5安装于微波模块金属壳体4后，自导向射频连接器5的自导向圆环和微波模块金属壳体4之间形成一截面为三角形的环形槽。环形槽的结构设计可进一步提升自导向射频连接器的钎焊效果。

本实施例还提供一种上述自导向射频连接器的钎焊工艺方法，包括如下步骤：

（1）按照上述结构设计要求准备自导向射频连接器5、微波模块金属壳体4、软钎料焊圈6；

（2）设计并制备定位工装；

（3）使用定位工装进行固定定位，完成装配；

（3-1）将软钎料焊圈6装配于微波模块金属壳体4的连接器孔上的焊料槽内；

（3-2）将外壳3穿过软钎料焊圈6按装配要求装配于连接器孔中，放置入微波模块金属壳体4的对应位置，装配完成后，第一圆环和第二圆环位于连接器孔内，自导向圆环伸出连接器孔，位于微波模块金属壳体4表面以上，且自导向圆环的底端面搭接于软钎料焊圈6之上，软钎料焊圈6部分地裸露于自导向圆环与微波模块金属壳体4之外；

（4）按封装工艺条件，对步骤（3）的装配结构进行回流焊接，完成自导向射频连接器5与微波模块金属壳体4的钎焊气密封装。

（5）清洗助焊剂并采用氦质谱检漏仪进行气密性检漏，50件样品气密性均可达到5×10^-9Pa·m³/s，符合GJB360B的气密要求。

本实施例的自导向射频连接器及其钎焊工艺方法具有以下几方面的优势：

（1）质量风险降低：

1）无狭缝毛细作用，连接器内部不会产生溢锡，自导向射频连接器在与子阵进行互连时，无损伤外部连接头的风险；

2）无狭缝毛细作用，连接器内部不会产生溢锡，在与子阵插拔配合时，连接器内部不会产生钎料等多余物，无短路风险，质量可靠性更高；

3）无狭缝毛细作用，连接器内部不会产生溢锡，自导向射频连接器与壳体之间焊料槽内的钎料相对可控，钎焊缝不气密的风险大幅降低。

（2）装配能力提升：

1）无狭缝毛细作用，连接器内部不会产生溢锡，自导向射频连接器在与子阵进行互连时，插拔力更小，为多点阵装配提供技术支持；

2）自导向射频连接器金属结构件部分，采用机加工一次性成型，同轴度比SMP与DXH的分体式装配更好，在与子阵进行互连时，插拔无阻碍，为多点阵装配提供技术支持；

3）与自导向射频连接器配合安装的模块金属壳体厚度需求更薄，单个模块金属壳体重量降低约2%。

（3）设计性能提升：

1）自导向射频连接器不存在传统SMP+DXH的装配缝隙，电磁屏蔽效果明显更优；

2）与自导向射频连接器配合安装的模块金属壳体厚度需求更薄，更薄的金属壳体在微组装过程中热应力越小，表现为微波模块在服役过程中，能够承受更多循环次数的振动及热冲击，使用寿命更长。

（4）成本降低：

1）自导向射频连接器金属外壳一体加工成型，单件成本比SMP与DXH合计成本降低1元/件，在雷达领域大量使用需求下，可以大幅降低连接器成本；

2）平均1件SMP内部多余钎料处理约20秒，微波模块根据需求用量，可以大幅降低工时成本。

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 (8)

1.一种自导向射频连接器，其特征在于，包括外壳和中心导体，若干个所述自导向射频连接器分散安装于微波模块金属壳体上，所述外壳包括一体成型的第一圆环、第二圆环、自导向圆环，所述第一圆环、第二圆环、自导向圆环的外圆直径依次递增，所述自导向圆环的内孔为圆锥形孔，且圆锥形孔的直径较大的一端朝向远离第一圆环的一侧设置，所述微波模块金属壳体上设置有若干个连接器孔，所述自导向射频连接器一一对应地安装于所述连接器孔中，其中，所述第一圆环和第二圆环位于连接器孔内，所述自导向圆环伸出连接器孔，位于微波模块金属壳体表面以上，所述自导向圆环与微波模块金属壳体之间设置有环绕于第二圆环的软钎料焊圈，所述软钎料焊圈部分地裸露于自导向圆环与微波模块金属壳体之外；

所述连接器孔为阶梯形孔，包括第一圆柱孔、第二圆柱孔、第三圆柱孔，所述外壳的第一圆环安装于第一圆柱孔内，所述外壳的第二圆环安装于第二圆柱孔和第三圆柱孔内，且第二圆环的轴向长度大于第二圆柱孔和第三圆柱孔的轴向长度之和，所述第三圆柱孔的直径大于自导向圆环的外圆直径，所述软钎料焊圈设置于第三圆柱孔内，其外圆与第三圆柱孔的孔壁接触，其内圆与第二圆环的外圆面接触，其上端面与自导向圆环的底端面接触，所述软钎料焊圈的高度大于第三圆柱孔的轴向长度；

所述自导向圆环的底端面的外缘处设置有内切倒角，自导向圆环和微波模块金属壳体之间通过内切倒角形成一截面为三角形的环形槽。

2.根据权利要求1所述的一种自导向射频连接器，其特征在于，所述圆锥形孔的中心轴与外壳的中心轴重合，圆锥形孔的最小圆锥直径与第二圆环的内孔直径相等，圆锥形孔的锥角大于0°且小于90°。

3.根据权利要求1所述的一种自导向射频连接器，其特征在于，所述第一圆环内填充有玻璃体，中心导体通过所述玻璃体固定安装于外壳的中心轴线处，且中心导体的端部延伸至第二圆环内。

4.根据权利要求1所述的一种自导向射频连接器，其特征在于，所述自导向射频连接器的外壳采用4J42或4J29膨胀合金材料；所述微波模块金属壳体的材料采用Al50Si或TC4；所述软钎料焊圈的材料采用Sn63Pb37或SAC305。

5.一种权利要求1-4中任意一项所述的自导向射频连接器的钎焊工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：准备自导向射频连接器、微波模块金属壳体、软钎料焊圈；

步骤二：将软钎料焊圈装配于微波模块金属壳体的连接器孔上；

步骤三：将外壳穿过软钎料焊圈装配于连接器孔中，装配完成后，第一圆环和第二圆环位于连接器孔内，自导向圆环伸出连接器孔，位于微波模块金属壳体表面以上，且自导向圆环的底端面搭接于软钎料焊圈之上，软钎料焊圈部分地裸露于自导向圆环与微波模块金属壳体之外；

步骤四：按封装工艺条件，对步骤三的装配结构进行回流焊接，完成自导向射频连接器与微波模块金属壳体的钎焊气密封装。

6.根据权利要求5所述的钎焊工艺方法，其特征在于，所述第一圆环、第二圆环、自导向圆环的外圆直径分别为ΦD1、ΦD2、ΦD3，对应圆环高度分别为H1、H2、H3，其中，ΦD2＞ΦD1，H3＝1～2mm，ΦD3＝ΦD2+(1～2mm)。

7.根据权利要求6所述的钎焊工艺方法，其特征在于，所述连接器孔为阶梯形孔，包括第一圆柱孔、第二圆柱孔、第三圆柱孔，第一圆柱孔、第二圆柱孔、第三圆柱孔的孔径分别为Φd1、Φd2、Φd3，对应孔深分别为h1、h2、h3，其中，Φd3＞Φd2＞Φd1，Φd1＝ΦD1+0.1mm，Φd2＝ΦD2+0.1mm，Φd3＝ΦD3+(0.2～0.5mm)，h1＝H1-0.1mm，h2＝H2-(0.4～0.6mm)，h3＝0.2～0.4mm。

8.根据权利要求7所述的钎焊工艺方法，其特征在于，所述软钎料焊圈为圆环结构，其圆环内径＝ΦD2+0.2mm，其圆环外径＝Φd3-0.2mm，厚度＝H2-h2。