CN1695864A - 高频线路连接器的高频感应焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于高频电子技术中集束的细微线缆和集成的插接头焊脚之间的高频电磁感应加热熔锡焊接连接方法，尤其应用在制造传导特性要求极高的超高频电信、通讯、计算机技术领域使用的线路连接器方面，解决了传统焊接中焊炬接触焊接部位导致的连接器高频传输特性差的难题，而且实现了高效、高速、自动化焊接。
Description
本发明采用高频电磁感应加热的方法实现细微导体间的熔锡焊接连接。
本发明涉及一种用于高频电子技术中集束的细微线缆和集成的插接头焊脚之间的焊接连接技术，尤其应用在制造传导特性要求极高的超高频电信、通讯、计算机技术领域使用的线路连接器(本文简称连接器)方面，本发明限于通过焊锡熔融实现的导体连接。
本发明属于高频感应焊接应用领域或高频电子线路连接器制造领域。
高频电子线路中的细微导体间的焊接连接，尤其集束线缆和集成插接头焊脚的焊接连接，即高频线路连接器的焊接制造，目前较多采用手工电烙铁焊接，其效率低下，焊接质量稳定性差，由于传导加热需要电烙铁和焊件的接触，而电烙铁的接触却产生了改变和影响焊锡熔体几何形状的不良后果，例如致使存在尖角毛刺等不希望的焊形，直接影响了焊接连接部位的高频传输特性。而且由于电烙铁采用热传导方式加热焊接部位，传热速度慢导致焊接时间长和热效率低。尽管有采用脉冲加热方式的半自动焊机，但和手工焊接的原理和缺陷是相同的，只是焊接质量的离散性小些而已。
本发明的目的是实现一种连接器制造中焊炬头不接触焊接部位以及焊锡的快速熔锡焊接方法。
感应加热焊接原理已经不是什么新鲜的事，中低频大功率的感应焊接设备已经普遍应用。由于普通大尺寸的金属物件的尺寸较大，所以中低频即可满足提供大热容、上千度高温度的焊接要求。
而若要在高频电子线路中的实现细微导体间的无接触感应焊接，其焊接特征基本要求是：小热容要求小功率输入，小尺寸要求高感应频率，锡焊连接仅需要三百多度的较低焊接温度。
实现该目的的方法是采用高频电磁感应加热方法实现无接触加热，感应加热使焊接部位迅速发热熔融焊锡，冷却后形成锡焊连接。由于无接触式加热，焊锡熔体能实现圆滑、饱满的焊接状态，从而满足焊接部位的高频、超高频传输特性。
首先，提供这种高频电磁感应加热方式高频磁场的方法有两种，一种是采用空心线圈提供高频磁场，空心线圈本身就是励磁线圈；另一种是通过铁心磁路传导励磁线圈磁场到铁心的工作磁隙处，在磁隙处提供高频磁场。
其次，在高频磁场作用下，导体被加热的方式也有两种，一种是直接利用垂直穿透导体的交变磁场在导体内感应出涡流使导体发热，这种作用方式对越细的导体其发热越困难；另一种方式是在焊接部位提供辅助回路形成局部的环路，由于垂直于磁场的环路面积通过的磁通量相比导体横向投影面积通过的磁通量非常悬殊，所以，即使在较低的频率和磁场密度条件下也可获得很大的环流，从而使焊端在短路状态下迅速地受控发热。
下面结合附图具体说明细微导体(如连接器)的熔锡焊接方法的实施例。
图1是本发明的实施例一示意图(主视图和俯视图示意)；
图2是本发明的实施例二示意图(主视图和俯视图示意)；
图3是本发明的实施例三示意图(主视图和俯视图示意)；
图4是本发明的实施例四示意图(主视图和俯视图示意)；
图5是本发明的实施例五示意图(主视图、俯视图和侧面剖视图示意)；
图1中，1-集束线缆、2-插接头、3-定位梳、4-铁氧体磁心、5-励磁线圈、6-高频激励电路、7-磁隙、11-线缆焊端、22-插接头焊脚。
图2中，1-集束线缆、2-插接头、3-定位梳、4-铁氧体磁心、5-励磁线圈、6-高频激励电路、7-磁隙、8-环路短接导体、11-线缆焊端、22-插接头焊脚。
图3中，1-集束线缆、2-插接头、3-定位梳、6-高频激励电路、7-磁隙、9-空心励磁线圈、11-线缆焊端、22-插接头焊脚。
图4中，1-集束线缆、2-插接头、3-定位梳、6-高频激励电路，7-磁隙、8-环路短接导体、9-空心励磁线圈、11-线缆焊端、22-插接头焊脚。
图5中，1-集束线缆、2-插接头、3-定位梳、4-U型磁体、5-励磁线圈、6-高频激励电路、11-线缆焊端、22-插接头焊脚。
图1所示的可实施方法，是一种通过铁氧体磁心4形成磁路、传导励磁线圈5形成的磁场到磁隙7的感应焊接方法。磁隙7：即闭合磁路中小的空气间隙。高频激励电路6使励磁线圈5产生高频振荡，一般要求调整电路到准谐振状态，输出最强的磁场。集束线缆1的线缆焊端11和插接头2的插接头焊脚22叠置在定位梳3的梳齿间，并有适度的接触压力。这样定置好的焊接部位(线缆焊端11以及插接头焊脚22)暴露在铁氧体4磁极对形成的磁隙7中，当励磁线圈输出高频磁场时，必然在焊接线端产生感生电流，亦即涡流，于是焊接部位发热，使焊锡熔融，将二者接触端焊接连接在一起。
定位梳3可以是陶瓷类或导磁类耐热材料制成。
这种感应加热的方法，焊炬头就是铁氧体磁心4的磁极对，工作磁场在磁隙7内，焊炬头提供的工作磁场方向垂直穿透插接头2焊脚排列平面。
由于磁隙7必须满足适度的操作空间，一般磁隙距离达3mm以上，所以磁隙处存在较大的磁阻和漏磁(磁发散)，当然，应该尽可能地减小该磁隙。磁隙越小，电磁干扰越小，设备效率越高，需要的设备功率也可降低。实践证明，对0.5mm～1.0mm尺寸的线缆或焊脚，工作频率在200kHz～500kHz已可满足，设备的输入功率只需要300W左右足矣。熔焊时间为2秒左右。
当然，对于较宽的插接头线排，没有必要提高设备的功率，解决方案是移动焊炬头，即移动磁隙7沿焊脚排列的方向行走，焊炬头的高频工作磁场从插接头2的焊脚排列的一侧匀速移动到另一侧，使插接头焊脚22和集束线缆焊端11逐一得到加热焊接；这种焊脚排列包括单个插接件的众多焊脚或者多个插接件的众多焊脚的平面延伸式并肩排列(如俯视图示意)。这种平面延伸排列限于水平面内。焊炬行走速度可以通过牵引控制装置完成。
由于集束的线缆焊端11浸镀焊锡的锡层太薄，不能满足和插接头焊脚22焊接时需要的锡量，所以需要在插接头焊脚22生成富锡层。其方法是使水平排列的插接头焊脚22和焊锡丝进行一次假性焊接，焊丝会熔断并自动熔融富集在插接头2的焊脚上。这样，通过两步法两次施加感应磁场完成整个焊接过程，第一步次是完成插接头焊脚22和焊锡丝的融合，使得插接头2的焊脚充分富集焊锡，第二步次是富集焊锡的插接头焊脚22和集束的线缆焊端11的焊接，两步操作的对象不同但操作动作几乎相同，需要的工装夹具、工时一致。
图2所示的可实施方法，是一种通过铁氧体磁心4形成磁路、传导励磁线圈5形成的磁场到磁隙7的感应焊接方法。不同于实施例一的方面是它配备一个能够短接插接头焊脚22和集束线缆焊端11的短路装置，如图2所示的环路短接导体8。这样，当环路中通过高频磁通时，在环路中出现环路电流(简称环流)，从而使焊接部位发热，熔融焊锡完成焊接。
控制磁通密度和磁场频率，可以控制环路电流大小，从而实现无接触短路焊接。当然，环路短接导体8必须在焊接完成后移去，而且不能影响焊锡形成的焊形。由于垂直于磁场的环路面积通过的磁通量远大于导体横向投影面积通过的磁通量，所以，即使在相对较低的频率和磁场密度条件下也可获得很大的环流，从而使焊端迅速受控发热。但是，由于环路中存在的并联支路，以及各焊脚接触电阻的差异导致各焊脚发热的不均衡性，从而影响焊接质量，对高传输特性要求的场合难以胜任。另外实现环路短接的工装也相对复杂，短接不良时严重影响焊接质量。
对于感应环路发热方法来说，虽然理论上讲辅助的短路部位可以在任意方便短接的位置，如插接头2的插接端和集束线缆远离焊接点的另一端，但由于焊接时大的环流使得环路内导体的所有部位均匀受热至焊接温度，这样可能导致线缆绝缘的损坏，所以，辅助短路的位置应该局限于焊接区域，使得远离焊端的导体内没有感生环路电流而避免发热。
至于插接头焊脚上锡和移动焊接方面同实施例一，不再赘述。
图3所示的可实施方法，是一种通过空心励磁线圈9输出高频磁场的感应焊接方法。提供高频磁场的焊炬头是一空心线圈，当采用单一空心线圈时工作磁场位于空心线圈的端面，比如只有图3中的上半部分线圈，当采用同轴上下对正的串联或并联连接的双联空心线圈时，工作磁场位于同轴双联空心线圈之间的磁隙7处。该方法中空心线圈就是空心励磁线圈，该空心励磁线圈9和高频激励电路6形成准谐振工作状态。该线圈直径越小磁场越集中，磁密越高。注意，双联空心线圈的绕向或磁极性必须相一致。
由于空心线圈的工作磁隙7的磁场相对于带铁心励磁线圈工作磁隙7的磁场密度较弱，所以一般空心励磁线圈的工作频率较高。
这种感应加热的方法，焊炬头就是空心线圈，工作磁场在空心励磁线圈9的端面，焊炬头提供的工作磁场方向垂直穿透插接头2焊脚排列平面。
至于插接头焊脚上锡和移动焊接方面同实施例一，不再赘述。
图4所示的可实施方法，是一种通过空心励磁线圈9输出高频磁场的感应焊接方法。不同于实施例三的方面是它配备一个能够短接插接头焊脚22和线缆焊端11的短路装置，如图4所示的环路短接导体8。这样，当环路中通过高频磁通时，在环路中出现环路电流，从而使焊接部位发热，熔融焊锡完成焊接。
其优缺点雷同实施例二，不再赘述。
至于插接头焊脚上锡和移动焊接方面同实施例一，不再赘述。
图5所示的可实施方法，是一种通过复合高频磁头输出高频磁场的感应焊接方法。提供高频磁场的焊炬头是一复合高频磁头，复合磁头由励磁线圈5和U型磁体4组成，焊炬头提供的工作磁场位于U形磁体4的开口处，工作磁场的方向大致平行于插接头2焊脚排列平面，垂直穿透细微线缆焊端11和插接头焊脚22的叠合面，如图5的左视图示意；当焊接双面焊脚的插接头时，在插接头2焊脚排列平面的上下两侧同时使用该复合高频磁头。
由于工作磁场垂直穿透细微线缆焊端11和插接头焊脚22的叠合面，其涡流发热效果要比方法一效果好。
至于插接头焊脚上锡和移动焊接方面同实施例一，不再赘述。
该方法不宜推广到环流加热方面。
所有实施例中，励磁线圈可以是多匝线圈，也可能是简化到只有一匝线圈。加热的效果主要取决于磁密、磁场频率和焊接尺寸。
对于使用空心线圈提供的高频磁场，由于其磁路为空气介质，所以，磁密较低，而且磁场发散。所以其工作频率要求较高，一般在1MHz以上。而且其高频激励电路的功率较高，所以，对电子元器件的要求高，制造成本相对较高，发散的磁场导致电路效率低，而且对周围环境的电磁干扰大。但焊炬简单，可充分变形和接近焊接部位。
对于使用铁氧体磁心和励磁线圈提供的高频磁场，仅在工作磁隙内的磁路为空气介质，该磁隙越小磁场发散漏磁越少，工作磁隙内的磁密越高。当然，不能使磁体饱和。所以其工作频率相对较低，一般在300kHz就可以满足涡流方式焊接，环流方式焊接时低于100k的频率就能满足要求。而且其高频激励电路的激励功率较低，对电子器件的要求相对较低，制造成本相对降低，相对集中的磁场使得电路对周围环境的电磁干扰小。
普通的连接器插接头为塑封的插接头，当有些要求较高的插接头采用金属外壳封装时，漏磁会使金属外壳产生涡流而灼热。所以需要在插接头的外部加装铁氧体磁屏蔽外套。
上述五个实施例高频感应焊接方法，由于励磁线圈中很大的准谐振电流存在，使得线圈和铁心(如果有的话)都会发热，在传统的大功率中低频感应焊接设备中使用水冷技术冷却，但在高频线缆的小功率焊接设备中，由于焊接的间歇性，仅仅采用风扇冷却足矣。焊炬头有磁场输出时风扇关闭，焊炬头停止工作无磁场输出时风扇运转。
本发明采用高频感应无接触焊接方法实现了高频线路连接器集束线缆1和插接头2之间的锡焊连接，实现了快速、高效、节能、高焊接质量的目标。
Claims (9)
1、一种高频线路连接器制造中集束细微线缆焊端11和插接头焊脚22相锡焊连接的高频感应焊接方法，其特征在于：通过高频电磁感应加热的方法，使细微线缆焊端11以及插接头焊脚22在高频磁场作用下感生出高频涡流或环流而发热，熔化连接处的焊锡，焊锡冷却后二者结合在一起；焊炬头没有和被焊接部位以及焊锡相接触。
2、根据权利要求1所述的连接器高频感应锡焊连接方法，其特征在于：提供高频磁场的焊炬头是一铁氧体磁极对，工作磁场位于铁氧体磁极对形成的磁场相对集中的磁隙7处，励磁线圈5位于远离磁隙7的铁氧体磁路中，焊炬头提供的工作磁场方向垂直穿透插接头2焊脚排列平面；在允许的作业空间内，磁隙7越小磁场越集中，磁密越高。
3、根据权利要求1所述的连接器高频感应锡焊连接方法，其特征在于：提供高频磁场的焊炬头是一空心线圈，当采用单一空心线圈时工作磁场位于空心线圈的端面，当采用同轴上下对正的串联或并联连接的双联空心线圈时工作磁场位于同轴双联空心线圈之间的磁隙7处，空心线圈就是励磁线圈，焊炬头提供的工作磁场方向垂直穿透插接头2焊脚排列平面；空心励磁线圈9线圈直径越小磁场越集中，磁密越高。
4、根据权利要求1所述的连接器高频感应锡焊连接方法，其特征在于：提供高频磁场的焊炬头是一复合高频磁头，复合磁头由励磁线圈5和铁氧体U型磁体4组成，焊炬头提供的工作磁场位于U形磁体的开口处，工作磁场的方向大致平行于插接头2焊脚排列平面，垂直穿透细微线缆焊端11和插接头焊脚22的叠合面；当焊接双面焊脚的插接头时，在插接头2焊脚排列平面的上下两侧同时使用复合高频磁头。
5、根据权利要求1所述的连接器高频感应锡焊连接方法，其特征在于：通过高频磁场作用，在插接头焊脚22和细微线缆焊端11内同时产生涡流导致焊接部位发热，完成熔锡焊接；或者通过辅助短路连接在插接头焊脚22和细微线缆焊端11形成局部环路、通过高频磁场作用、在环路内产生的环流导致焊接部位发热，完成熔锡焊接。
6、根据权利要求1所述的连接器高频感应锡焊连接方法，其特征在于：通过两步法两次施加感应磁场完成焊接，第一步次是完成插接头焊脚22和焊锡丝的融合，使得塑封插头的焊脚充分富集焊锡，第二步次是实现富集焊锡的插接头焊脚22和细微线缆焊端11的焊接。
7、根据权利要求1所述的连接器高频感应锡焊连接方法，其特征在于：焊炬头的高频工作磁场从插接头2的焊脚排列的一侧匀速移动到另一侧，使插接头焊脚22和细微线缆焊端11逐一得到加热焊接；这种焊脚排列包括单个连接器插头的众多焊脚或者多个连接器插头的众多焊脚的平面延伸式并肩排列。
8、根据权利要求1所述的连接器高频感应锡焊连接方法，其特征在于：有一个分线定位梳3将待焊接的连接端逐一分隔定位，定位梳3可以是陶瓷类或导磁类耐热材料制成。
9、根据权利要求1所述的连接器高频感应锡焊连接方法，其特征在于：有一个风扇冷却装置对焊炬头以及励磁线圈冷却，焊炬头有磁场输出时风扇关闭，焊炬头停止工作时风扇运转。
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