陣列引線連接器自動裝架模具的設計及應用

李凱亮 馬銳 金鑫

摘要：陣列引線連接器是光通信用金屬封裝外殼的重要組成部分，起到實現器件內外電連接的作用，隨著通信技術的飛速發展，光通信用金屬封裝殼需求量呈井噴式增長，對其批生產的要求越來越高。本文針對正在批產的一款光通信外殼用連接器，開展了其自動裝架原理及模具設計的研究工作，有效解決其影響產能的瓶頸問題，該成果已成功應用其外殼的批量生產中，形成了良好的經濟效益。

關鍵詞：陣列引線連接器;金屬封裝外殼;批生產;自動裝架模具

引言

電連接器是一種在電氣終端之間提供連接與分離功能的元件，其應用領域十分廣泛。隨著信息化、智能化的新式高性能光電器件的研發，對為其配套電連接器在內的各類元器件性能提出了新的或更高的要求，例如電連接器小型化和輕量化。近年來，隨著通信技術的飛速發展，光電器件外殼的需求呈爆炸式增長，因此，其配套的連接器數量也日益增長。

光電器件外殼具有產品結構復雜、生產工藝復雜、質量控制要求高等特點。隨著日益增長的市場需求及客戶更為苛刻的交付要求，對其生產效率的提升提出了更高要求。燒結是光電器件外殼生產過程中的關鍵工序，其使用的電連接器凸肩引線數量多，人工插裝效率低下，是該產品批生產的瓶頸問題，本文針對一款使用陣列凸肩引線的電連接器的結構及引線特點，利用自動裝架技術，并結合燒結模具，設計開發了專用的自動裝架模具，代替了人工插裝，大幅提高了該產品的裝架效率，進而提升了其配套外殼的批生產能力，取得了良好的效益。該自動裝架模具的設計及應用一方面保證了產品的生產和交付，另一方面也為其他類似產品自動裝架模具的設計提供了參考和借鑒。

陣列引線連接器的結構及燒結工藝流程

產品結構特點

陣列引線連接器主要有陶瓷基板及凸肩引線組成，涉及氧化鋁陶瓷及可伐材料，其產品結構如圖1所示。

燒結工藝流程

該陣列引線連接器引線數多（116根），引線類型為凸肩引線，主要燒結工藝流程為陶瓷基板與引線通過銀銅焊料焊接而成。

連接器常規裝配方法及工效

該連接器的常規裝配形式采用人工插裝，效率低下，見圖2。

經調查，該連接器涉及的外殼共四步釬焊，單人單件裝架效率對比如下表：

由上表可知，陣列引線連接器的裝配是目前該外殼最為耗時的裝配工序，其自動裝架模具的設計開發迫在眉睫。

陣列引線連接器自動裝架模具的設計

自動裝架是管殼行業批量化生產的重要研究方向之一，前期我所已成功實現淺腔及功率類外殼的自動裝架，涉及殼體、直線及釘頭引線、玻璃的自動裝配。本文連接器所使用的凸肩引線、銀銅焊料及陶瓷基板，相對于常規的自動裝架產品，引線形狀更為復雜，燒結工藝不同，配件類型不同，對自動裝架的模具設計提出了更新更高要求。

自動裝架原理

自動裝架技術，是針對腔體式、平底式等引線直插式金屬封裝外殼產品批量生產所開發的一種高效裝架方式。自動裝架以設備代替手工實現高效批量生產，且一致性好，降低了人工、時間和質量成本。自動裝架技術是利用設備平臺（振動裝架機，如圖3）六個方向（上下左右前后）的立體振動，通過模具的引導，使各零件裝配到合適的位置。

自動裝架模具設計

設計難點

凸肩引線作為異型引線，實現自動裝架模具結構及工藝流程更為獨特，方可保證一定的填充率及效率要求;

連接器在凸肩引線自動裝架完成后，結合石墨燒結模具，與陶瓷及焊料的裝配倒換設計過程更為復雜，才可有效保證最終的裝配成功;

自動裝架工藝流程設計 凸肩引線全套自動裝架模具由引線振動下模、引線振動引導模、陶瓷組件引線轉換模等組成，其振動及模具倒換裝配工藝流程如下：

材料設計 振動模具材料采用電聚酯板（膠木），其具有：

較好的強度和韌性;

材料不易變形;

表面不易脫落，加工后毛刺少，易去除。

自動裝架模具結構設計

外形及公差設計。由于機器自身夾具配合的原因，振動機的有效工作臺面積為200mm×180mm。因此，使用的振動裝架及倒換模具也必須是標準外形尺寸，其中，除引線振動引導模為200mm×180mm，其余模具外形尺寸為200mm×90mm，方便人工倒換操作。所有上振動機的模具總高相加為。外形尺寸公差因為涉及與機器工裝臺的配合問題，統一定為±0.05。

結構設計。引線振動模具設計：引線振動模具由引線振動下模及引線振動引導模組成，兩種模具配對使用，其作用是按要求將凸肩引線振動至模具中，并保證一定的填充率。引線振動的引導模設計專用的導向槽，其對角線長L小于引線長，保證引線在導向槽中具有一定的傾斜角度，從而提高其導入引線振動下模的概率，同時利用凸肩引線重心在長端的特點，在振動過程中可自動識別方向。其結構示意圖如下：

倒換模具設計：凸肩引線完成振動后，需與陶瓷基板、焊料等配件完成裝配，這就需要設計專用的倒換模具，實現各配件之間的裝配，保證配件位置，滿足燒結要求。

將引線振動下模中的引線與陶瓷組件引線轉換模合模后，翻轉模具，將引線方向變為長端向上，為后續與陶瓷組件組裝做好準備。

另外陶瓷、焊料等配件同時進行翻轉裝配，裝配后與引線進行合模翻轉，最后裝配至石墨模具燒結。

結果與討論

陣列引線連接器自動裝架模具的設計及應用，大幅提高了該外殼產品燒結的生產效率，滿足了客戶的生產需求，其改進前后的裝配效率統計見表2：

陣列引線連接器自動裝架模具的設計及應用，既提高了其的裝配效率，提升了批產能力，帶來了良好的經濟效益。同時該模具的應用開拓了自動裝架技術的應用范圍，為未來自動裝架技術的更廣泛應用打下了良好的基礎。

結論

通過陣列引線連接器自動裝架技術的研究工作，得出如下結論：

異型引線的自動裝架可通過多次翻轉實現，該成果可指導其他異型引線的自動裝架;

自動裝架模具的應用需結合高效的工藝流程設計（翻轉、倒換等），才可最大限度提高裝配效率;

自動裝架技術的應用不僅僅局限在在常規的淺腔及功率外殼，也可應用在其他類型的外殼及關鍵部件的生產中。

參考文獻

莫純昌.電真空工藝[M].北京：國防工業出版社，1980.

張家遠，趙廷元.材料熱物理性質手冊[M].北京：新時代出版社，1987.

陳秀寧.機械基礎[M].杭州：浙江大學出版社，2009.