CN1736646A - 连接器的焊接及其装夹方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高频电子线路连接器中集束的细微线缆和集成的插接头焊脚之间的焊接连接及其相应的焊接装夹技术，尤其是通过使用焊锡膏钎焊料获得的钎焊连接。本发明通过细微线缆集排技术、焊端富锡处理技术和三维装夹精确对位技术、高频感应焊接技术解决了高频线路连接器的钎焊连接方法中的理线、施加焊料、装夹和加热焊接四个方面的问题。采用高频感应无接触焊接方法是最理想的焊接方法，具有高速、高效、节能、高质量焊接的技术优势。

Description

连接器的焊接及其装夹方法

本发明涉及一种高频电子线路连接器中集束的细微线缆和集成的插接头焊脚之间的焊接连接及其相应的焊接装夹技术，尤其是通过使用焊锡膏钎焊料获得的钎焊连接。

本发明属于热熔钎焊领域或高频电子线路连接器制造领域。

应用在制造传导特性要求极高的超高频电信、通讯、视频广播、多媒体、计算机技术等领域使用的线路连接器(本文简称连接器)，经常需要焊接连接插接头和传输线缆。然而对针脚密集的高集成度的线路连接，如pin距(pin距：导电针脚中心距)1mm以内的HDMI高解析度多媒体连接器，焊接连接的难度是非常高的，手工焊接时的生产效率和焊接质量是无法接受的，甚至是无法焊接的，主要表现在：一是电烙铁的发热端尺寸远大于焊脚间距，非常容易造成焊脚粘连，二是烙铁是接触传导加热方式，容易造成焊瘤和尖角，影响高频传输特性，三是需要使用显微镜作业造成视觉疲劳，劳动强度大，四是手工对位造成形位公差的离散性太大，焊接质量差，五是手工焊接是逐个焊脚焊接，一般连接器焊脚都在10-20个，完成一条连接器焊接需要时间多达半个小时以上，没有生产效率可言。本发明在于寻找一种满足自动化生产的焊接和装夹方法，以期解决所述问题。当然，获得这种方法后，对普通的连接器的制造同样适用。

本专利提出这样的发明构思：在焊接界面热浸镀焊锡(热浸镀焊锡：即传统的铜排搪锡工艺，将铜导体蘸涂热浸镀处理剂后在焊锡熔池中迅速热浸镀锡)以及配合使用焊锡膏(焊锡膏：即由焊锡粉混入助焊剂中形成的具备特定使用性能的膏状物，经过稀释可成为浆状物使用)的预处理方法来实现线缆和插接头预装后一次性加热完成焊接的设想，而且，最好是在不接触焊接部位条件下一次性加热完成所有焊脚的连接。

本发明提出这样的实现方法：全部焊接任务分三步完成，第一步将所有细微线缆规整化，预成型成扁平集线排后装夹或装夹时临时梳理成扁平集线排，满足各细微线缆焊端中心距和插接头焊脚的对应间距相等，并预处理线缆焊端使富集钎焊料；第二步完成线缆焊端和插接头焊脚轴向精确对位后搭接，并实现待焊接部位的轻度弹性接触力；第三步加热待焊接部位完成钎焊。为此，本文提出如下具体的焊接方法及其装夹方法，并给出几种可行的非接触传导加热焊接的方法。

图1示意出待焊接的集束线缆和插接头；

图2示意出将集束线缆的端部预成型成双排的扁平集线排；

图3-1、3-2、3-3、3-4示意出装夹方法原理图；

图4示意高频感应加热焊接时的装配关系及其工作磁路；

图5示意出将集束线缆的端部通过装夹临时梳理成双排的扁平集线排。

图1中，1-线缆焊端，2-插接头焊脚，3-细微线缆，4-线缆束，5-插接头绝缘骨架。

图2中，1-线缆焊端，2-插接头焊脚，3-细微线缆，4-线缆束，5-插接头绝缘骨架，6-富锡浸镀层/涂层，7-扁平集线排，71-左扁平集线排，72-右扁平集线排。

图3-1、3-2、3-3、3-4中，1-线缆焊端，2-插接头焊脚，3-细微线缆，4-线缆束，5-插接头绝缘骨架，6-富锡浸镀层/涂层，7-扁平集线排，8-接插头定位座，9-线缆定位座，10-X向导向滑移定位机构，11-左集线排的Y方向位移微调机构，12-右集线排的Y方向位移微调机构，13-左集线排的Z方向弯压机构，14-右集线排的Z方向弯压机构，15-弯曲变形的线缆端部。

图4中，1-线缆焊端，2-插接头焊脚，16-装夹完成的待加热焊接工件，17-磁路空气间隙，18-固定于焊机的铁氧体，19-左铁氧体磁条，20-右铁氧体磁条，21-高频励磁线圈，22-左磁口接合面，23-右磁口接合面。

图5中，1-线缆焊端，2-插接头焊脚，3-细微线缆，4-线缆束，5-插接头绝缘骨架，7-扁平集线排，11-左集线排的Y方向位移微调机构，12-右集线排的Y方向位移微调机构，13-左集线排的Z方向弯压机构，14-右集线排的Z方向弯压机构，24-梳齿。

在图1中，左图为焊接前的插接头和线缆束，右图为焊接完成的连接器。剥除端部外绝缘皮的线缆束4一般含有多达20条的细微线缆3，而且各个细微线缆3的线规可能不一致，一般都带有绝缘皮，但其中的一些屏蔽线没有绝缘皮，我们的任务要完成线缆焊端1和插接头焊脚2的钎焊连接，获得如图1右图所示的连接状态。

由于高集成度的发展方向和插头小型化要求，所以一般高端的插接头都有两排连接针脚。当然两排连接针脚的数目不一定相等。本文以双排连接针脚为例阐述焊接方法及其装夹方法，单排时的情况相同且更简单。

由于成品连接器要求线缆束4完整外绝缘皮到插接头焊脚根部的距离L值(图1示)一般小于20mm，所以，装夹作业空间十分有限，也可以说非常困难；另外，例如高清晰度多媒体连接器(HDMI连接器)，由于插接头焊脚2之间的pin距一般只有1mm(焊脚宽度0.5mm，绝缘距离0.5mm)，所以说排列十分密集，需要高精度的装配对位夹具，而且线缆焊端1的排列也需要高度的规整，然而这些连接器线缆束内的导体往往是扭绞在一起(提高抗干扰能力)，自然是弯曲的了，细微线缆粗细不一，有些屏蔽线没有绝缘皮，由于这些离散性，要使线缆焊端1的排列规整，理线技术自然显得非常必要和重要，当然也十分困难。

现有的插接头的绝缘骨架5一般是由热塑性塑料注塑成型，其耐热温度不超过100℃(插接头使用温度不超过80℃)，其瞬时(3秒)耐热温度可能不超过300℃，其短时(1分钟)耐热温度可能不超过150℃，这就限制了其焊接温度和可使用的焊接方法，当然，不同种类的塑料其限值有所不同。采用高频感应原理加热焊接是最适合的方法，因为这种方法只有金属导体感应涡流而发热但塑料骨架却不会发热，焊接可瞬时完成(一般加热时间小于5秒)，不会造成塑料骨架的整体变形或局部焦灼，而且加热焊矩不需要接触焊接部位，不产生焊瘤和尖角，加热速度完全可根据需要调节控制；然而，当绝缘骨架5由热固性塑料成型时，其相应的这些温度限值会大幅度提升，除可采用高频感应焊接外，还可采用热风气流焊接或远红外辐射加热等。当使用焊锡膏钎焊剂时，所需要的焊接温度在200℃左右，非常容易焊接。然而，由于热固性塑料和热塑性塑料成型工艺的难度悬殊较大，鉴于成本问题，市场上尚未有热固性绝缘骨架的插接头。

本文重点阐述利用高频感应加热方式焊接缆焊端1和插接头焊脚2的实施方案及其装夹方法。

要完成线缆焊端1和插接头焊脚2的钎焊连接，首先需要解决两个基础问题，一是理线，二是上焊锡。

理线工序包括完成下列任务：细微线缆理直、分组、编号排序、剥皮、焊端富锡处理、集线成排等。理线质量将直接影响装夹时焊脚对位的准确程度。

由于上面阐述的细微线缆的规格的离散性，所以一般情况下，有必要将分散的细微线缆预成型成规整的扁平集线排。

图2示意出将线缆束4中细微线缆3分为两组，将线缆束4预成型成两排规整的扁平集线排实例(见图中左侧视图)。为便于问题的阐述，图2中给出X/Y/Z参考方向，其坐标方向和图3-1至3-4、图4中的坐标方向完全一致。其中，X方向沿线缆轴向方向，Y方向在集线排平面内垂直于细微线缆的方向，Z方向为垂直于集线排平面的方向。图2中右侧视图示意出由10根细微线缆在XY平面汇集成一个扁平集线排7。图2中还给出线缆焊端1的放大图，展示出线缆焊端1预处理完成后的富锡浸镀层/涂层6。

线缆集排的方法很多，最简单的方法是规整一致的、外径等于插接头pin距的细微线缆的集排，这种情况只要简单地把线缆并排排列即完成线缆的等间距定置，然后可通过成型的套管闭锁、或热压熔接、或注塑、或快速胶接的联结定位方法形成线排。采用成型的套管对集线排闭锁的方法有两种，一种是采用适型的扁平塑料套管闭锁集排的细微线缆，另一种方法是采用热缩管闭锁集排的细微线缆。细微线缆排闭锁在套管内之后再加注瞬干胶固定、联结。然而，当各细微线缆线规不一致时，尤其是细微线缆排列后需要相互间隔一定距离时，就要提供特别处理方法来完成线缆的平行排列和满足间距的定置，然后再通过成型的套管闭锁、或热压熔接、或注塑、或快速胶接的联结定位方法形成线排。这样处理后各线缆之间联结为一个整体，以后再整体装夹到焊接定位工装上使用。

当各细微线缆线规不一致时，可有两种制造集线排的方法。一种是所有的细微线缆剥皮、拉直、适度加捻，然后热浸镀焊锡，使线缆内部的微细铜丝之间饱和吸附锡料，这时，细微线缆由柔软变得挺硬，然后套装热收缩绝缘套管，端部留出3mm-4mm作为线缆焊端，然后加热使套管收缩，这样处理后的线缆就趋于规整一致，而且通过套管适配可实现绝缘套管收缩后的细微线缆外径正好等于插接头pin距，这样，经过细微线缆规整化后再通过成型的套管闭锁、或热压熔接、或注塑、或快速胶接的联结定位方法形成线排；另外一种方法是保留原细微线缆绝缘状态不变，仅就没有绝缘的细微线缆加装热缩管，采用必要的工具(如归位针排)定置各细微线缆，满足平行排列和间距要求，然后用另外的绝缘介质填充线缆之间的缝隙并联结成一体，这包括通过成型的套管闭锁、或热压熔接、或注塑、或快速胶接的联结定位方法形成线排。

预成型成的扁平集线排通过整体剥除其端部绝缘的方法，裸露出所需长度的焊端，可获得整齐排列的焊端，然后将焊端热浸镀焊锡。

最后，集线排焊端1蘸涂适量焊锡膏，形成富锡浸镀层/涂层6，完成集线排预成型和焊端预处理。

需要指出，这里的富锡浸镀层/涂层6可以是：仅仅线缆焊端1经过热浸镀锡、或者仅仅线缆焊端1常温浸涂焊锡膏、或者线缆焊端1先热浸镀锡再常温浸涂焊锡膏处理的组合。

一般情况下，插接头的焊脚2不需要进行富锡处理。

至此，完成焊接任务的第一步作业。

图3-1、3-2、3-3、3-4示意出焊接任务的第二步作业：焊件装夹。其要求是实现线缆焊端1和插接头焊脚2轴向精确对位后搭接，并实现待焊接部位的轻度弹性接触力。

焊件装夹机构有三维立体定位和调节机构，它有五个组成模块，一是接插头的定位座8，二是线缆束的定位座9，三是实现线缆焊端1和插接头焊脚2准确错位的(轴向)X向导向滑移定位机构10，四是左集线排Y方向对正微调机构11和右集线排Y方向对正微调机构12，五是左集线排的Z方向弯压机构13和右集线排的Z方向弯压机构14，当采用高频感应加热时附加模块六，那就是铁氧体磁条定位夹持机构。

其装夹作业顺序是：第一步，见图3-1，分别将插接头和线缆束装夹在模块一和模块二上，第二步，见图3-2，利用模块三的导向滑移机构将模块一和模块二对接，使线缆焊端1和插接头焊脚2沿X方向错位重合但不接触，获得大约间距1mm的错位重叠，第三步，见图3-3，利用模块四沿Y方向微调扁平集线排在Y方向的位置，使线缆焊端1沿Z方向的投影正好和插接头焊脚2重合对正，但此时仍未接触，图中示意为扁平集线排为两排时的情况，所以，相应有左右两个独立的Y向位移微调机构11、12，第四步，见图3-4，利用模块五弯压集线排，完成线缆焊端1沿Z方向弹性接触插接头焊脚2，图3-4中示意出弯曲变形的细微线缆端部15。由于过大的接触压力容易导致钎焊料熔化后线缆焊端1相对于插接头焊脚2的滑移错位，所以集线排的弯曲要适度，而且不能造成前端翘起、后端分离等不良接触现象。

至此，完成了连接器焊件的装夹。

此时对焊接部位加热，就可实现接头钎焊。接触在一起的待焊部位通过高频感应加热、或热气流加热、或远红外辐射加热这样的不接触焊接部位、非传导加热方式完成焊接部位的钎焊。

高频感应加热是最理想的加热方法，如图4所示。当采用高频感应焊接时，需要有高频工作磁场和励磁电路，对于线径小于0.5的导体，工作频率一般要达到500kHz甚至更高。在图4的方案中，完整的工作磁路由固定于焊机的铁氧体18和可移动分离的铁氧体磁条19、20及其之间的磁路空气间隙17一起构成，铁氧体18的左右磁口接合面22和23处没有空气间隙，他们是可分离/接合的界面。这样的设计实现了一台焊接设备可适应不同的连接器产品和焊装夹具，解决了高磁通密度时磁条19、20的发热问题。图4中，工作磁场位于磁路空气间隙17中，线缆焊端1和插接头焊脚2就处于该磁路空气间隙17中，装夹完成的待加热工件16和焊接设备的铁氧体在磁口接合面22和23处对接后，即可实施励磁感应加热。调节励磁电流、工作频率以及加热时间均可改变焊接部位的受热状态，具有良好的操控性。

由于磁路具有一定的漏磁扩散，所以距离磁路空气间隙17越近的地方越要使用非铁磁性材料，装夹机构可采用耐热工程塑料、铝合金或铜合金制成，但建议在距离磁路空气间隙17(立体空间)3mm范围内，使用非金属材料。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带有金属外壳封装时，漏磁会使金属外壳产生涡流而灼热，所以焊接时需要在插接头的金属外壳外部加装铁氧体磁屏蔽外套。

满足插接头绝缘骨架5耐热性前提下，当然可使用其他的加热方法，如：热风气流焊接或远红外辐射加热等。

至此，完成全部的焊接作业任务。

上面阐述的预成型扁平集线排的技术方案是因为插接头pin距太小、对位精度要求太高的缘故，这样的插接头在连接器市场目前还属少数，多半还是pin距大于1.5mm的情况。此时，对位精度要求大幅度降低，甚至pin距大到可直接手工焊接。但是，本专利所构思的方法依然普遍适用，而且其高效性和高焊接质量是手工焊接无法比拟的。

此处提出的1.5mm pin距标准并非是绝对的行业标准。

在pin距较大(如＞1.5mm)时，可以将集束线缆的端部通过装夹、临时梳理成双排的扁平集线排，见图5示意，其装夹机构和作业步骤雷同图3-1至3-4示意，区别在于，此处的左集线排的Z方向弯压机构13和右集线排的Z方向弯压机构14具有梳齿状分线理线器，已经完成线缆焊端1富锡处理的各细微线缆在装夹机构上获得梳理，梳理后的各细微线缆分布在相应的梳齿24内。这样，通过分组排序后直接利用装夹机构梳理集成了扁平集线排7，此时各细微线缆之间平行排列但没有联结为一体，有临时定位的性质。此时，各细微线缆焊端1获得规整有序排列，通过进一步定位装夹后可实施焊接。(注：图中，A-A视图是上图的A-A位置的俯视放大图)。相比预成型扁平集线排方案，该工艺方法要简洁一些。这种理线方法具有普遍的适用性，比如组成线缆束的各细微线缆规格不一致、甚至插接头pin距离散等特殊情况。

完成焊接连接后的连接器，在焊脚部位进一步注塑成型插头手柄，制成成品连接器，此非本发明任务，不作赘述。

本发明解决了高频线路连接器的无接触钎焊连接方法中的理线、施加焊料、装夹和加热焊接四个方面的问题。采用高频感应无接触焊接方法是最理想的焊接方法，具有快速、高效、节能、高质量焊接的技术优势。

Claims (5)

1、一种高频线路连接器制造中集束细微线缆焊端1和插接头焊脚2相锡焊(钎焊)连接的焊接方法，其特征在于：线缆焊端1装夹焊接前经过热浸镀锡、或者常温浸涂焊锡膏、或者先热浸镀锡再常温浸涂焊锡膏处理，使得线缆焊端1富集钎焊料；依靠线缆自身的弯曲弹性提供线缆焊端1和插接头焊脚2轻度的接触压力；接触在一起的待焊部位通过高频感应加热、或热风气流加热、或远红外辐射加热这样的不接触焊接部位、非传导加热方式完成焊接部位的钎焊。

2、根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：当插接头绝缘骨架5为热固性塑料时，可采用高频感应加热、热风气流加热、或远红外辐射加热这样的非接触传导加热钎焊方案；当插接头绝缘骨架5为热塑性塑料时，适宜采用高频感应加热这样的非接触传导加热钎焊方案，此时较理想的感应加热方法是利用铁氧体及其小的空气间隙17构成闭合磁路，此空气间隙提供焊接用的工作磁场，其中铁氧体磁回路又分成两部分，无空气间隙的铁氧体18和焊接设备连接固定，属磁路固定部分，带空气间隙的部分和连接器装夹机构磁条19、20连接，属磁路可移动可替换部分，两部分拼接在一起构成完整工作磁路。

3、根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：焊接任务分三步完成，第一步将细微线缆3规整化，预成型成扁平集线排或梳理成扁平集线排7，满足各线缆中心距和插接头焊脚2的对应间距相等，并预处理线缆焊端1使富集钎焊料；第二步完成线缆焊端1和插接头焊脚2轴向精确对位后搭接，并实现待焊接部位的轻度弹性接触力；第三步加热待焊接部位完成钎焊。

4、根据权利要求3所述的细微线缆成型扁平集线排的方法，其特征在于：当插接头pin距大于1.5mm时，细微线缆通过分组排序后，直接利用装夹机构的梳齿24梳理成扁平集线排7，此时各线缆之间平行排列但没有联结为一体；或者，预成型为扁平集线排，线缆通过分组排序定位后，通过成型的套管闭锁、或热压熔接、或注塑、或快速胶接的联结定位方法形成线排，此时各线缆之间联结为一个整体，以后再装夹到焊接定位工装上使用；当插接头pin距小于1.5mm时，或者当构成为扁平集线排的各条线缆的规格不一致时，采用预成型扁平集线排的方案。

5、一种高频线路连接器制造中集束细微线缆焊端1和插接头焊脚2相锡焊(钎焊)连接的装夹定位方法，其特征在于：装夹机构有三维立体定位和调节机构，它有五个组成模块，一是接插头的定位座8，二是线缆束的定位座9，三是实现线缆焊端1和插接头焊脚2准确错位的X向导向滑移定位机构10，四是左集线排Y方向的位移微调机构11和右集线排Y方向的位移微调机构12，五是左集线排的Z方向弯压机构13和右集线排的Z方向弯压机构14，当采用高频感应加热时附加模块六，那就是铁氧体磁条19、20定位夹持机构；其装夹作业顺序是：第一步，分别将插接头和线缆束装夹在模块一和模块二上，第二步，利用模块三的X向导向机构将模块一和模块二对接，使线缆焊端1和插接头焊脚2沿X方向错位重合但不接触，第三步，利用模块四沿Y方向微调移动集线排，使线缆焊端1和插接头焊脚2在Z方向重合对正但不接触，第四步，利用模块五完成线缆焊端1和插接头焊脚2沿Z方向重合对位并相互弹性接触，(可选)第五步，当采用高频感应焊接时附加装夹模块六并满足磁路空气间隙要求，此时装夹机构采用耐热工程塑料、铝合金或铜合金等非铁磁材料制成，但在距离磁路空气间隙17处3mm范围内使用非金属材料。

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