陣列引線連接器自動裝架模具的設(shè)計及應(yīng)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(xiàn)器件內(nèi)外電連接的作用，隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，光通信用金屬封裝殼需求量呈井噴式增長，對其批生產(chǎn)的要求越來越高。本文針對正在批產(chǎn)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(shè)計的研究工作，有效解決其影響產(chǎn)能的瓶頸問題，該成果已成功應(yīng)用其外殼的批量生產(chǎn)中，形成了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：陣列引線連接器;金屬封裝外殼;批生產(chǎn);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(yīng)用領(lǐng)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(fā)，對為其配套電連接器在內(nèi)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(shù)的飛速發(fā)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(shù)量也日益增長。

光電器件外殼具有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、質(zhì)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(chǎn)效率的提升提出了更高要求。燒結(jié)是光電器件外殼生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵工序，其使用的電連接器凸肩引線數(shù)量多，人工插裝效率低下，是該產(chǎn)品批生產(chǎn)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(jié)構(gòu)及引線特點，利用自動裝架技術(shù)，并結(jié)合燒結(jié)模具，設(shè)計開發(fā)了專用的自動裝架模具，代替了人工插裝，大幅提高了該產(chǎn)品的裝架效率，進(jìn)而提升了其配套外殼的批生產(chǎn)能力，取得了良好的效益。該自動裝架模具的設(shè)計及應(yīng)用一方面保證了產(chǎn)品的生產(chǎn)和交付，另一方面也為其他類似產(chǎn)品自動裝架模具的設(shè)計提供了參考和借鑒。

陣列引線連接器的結(jié)構(gòu)及燒結(jié)工藝流程

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖1所示。

燒結(jié)工藝流程

該陣列引線連接器引線數(shù)多（116根），引線類型為凸肩引線，主要燒結(jié)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(guī)裝配方法及工效

該連接器的常規(guī)裝配形式采用人工插裝，效率低下，見圖2。

經(jīng)調(diào)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(shè)計開發(fā)迫在眉睫。

陣列引線連接器自動裝架模具的設(shè)計

自動裝架是管殼行業(yè)批量化生產(chǎn)的重要研究方向之一，前期我所已成功實現(xiàn)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(guī)的自動裝架產(chǎn)品，引線形狀更為復(fù)雜，燒結(jié)工藝不同，配件類型不同，對自動裝架的模具設(shè)計提出了更新更高要求。

自動裝架原理

自動裝架技術(shù)，是針對腔體式、平底式等引線直插式金屬封裝外殼產(chǎn)品批量生產(chǎn)所開發(fā)的一種高效裝架方式。自動裝架以設(shè)備代替手工實現(xiàn)高效批量生產(chǎn)，且一致性好，降低了人工、時間和質(zhì)量成本。自動裝架技術(shù)是利用設(shè)備平臺（振動裝架機(jī)，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(dǎo)，使各零件裝配到合適的位置。

自動裝架模具設(shè)計

設(shè)計難點

凸肩引線作為異型引線，實現(xiàn)自動裝架模具結(jié)構(gòu)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(jié)合石墨燒結(jié)模具，與陶瓷及焊料的裝配倒換設(shè)計過程更為復(fù)雜，才可有效保證最終的裝配成功;

自動裝架工藝流程設(shè)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(dǎo)模、陶瓷組件引線轉(zhuǎn)換模等組成，其振動及模具倒換裝配工藝流程如下：

材料設(shè)計 振動模具材料采用電聚酯板（膠木），其具有：

較好的強(qiáng)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(jié)構(gòu)設(shè)計

外形及公差設(shè)計。由于機(jī)器自身夾具配合的原因，振動機(jī)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(biāo)準(zhǔn)外形尺寸，其中，除引線振動引導(dǎo)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(jī)的模具總高相加為。外形尺寸公差因為涉及與機(jī)器工裝臺的配合問題，統(tǒng)一定為±0.05。

結(jié)構(gòu)設(shè)計。引線振動模具設(shè)計：引線振動模具由引線振動下模及引線振動引導(dǎo)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(dǎo)模設(shè)計專用的導(dǎo)向槽，其對角線長L小于引線長，保證引線在導(dǎo)向槽中具有一定的傾斜角度，從而提高其導(dǎo)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(jié)構(gòu)示意圖如下：

倒換模具設(shè)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(shè)計專用的倒換模具，實現(xiàn)各配件之間的裝配，保證配件位置，滿足燒結(jié)要求。

將引線振動下模中的引線與陶瓷組件引線轉(zhuǎn)換模合模后，翻轉(zhuǎn)模具，將引線方向變?yōu)殚L端向上，為后續(xù)與陶瓷組件組裝做好準(zhǔn)備。

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

結(jié)果與討論

陣列引線連接器自動裝架模具的設(shè)計及應(yīng)用，大幅提高了該外殼產(chǎn)品燒結(jié)的生產(chǎn)效率，滿足了客戶的生產(chǎn)需求，其改進(jìn)前后的裝配效率統(tǒng)計見表2：

陣列引線連接器自動裝架模具的設(shè)計及應(yīng)用，既提高了其的裝配效率，提升了批產(chǎn)能力，帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益。同時該模具的應(yīng)用開拓了自動裝架技術(shù)的應(yīng)用范圍，為未來自動裝架技術(shù)的更廣泛應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。

結(jié)論

通過陣列引線連接器自動裝架技術(shù)的研究工作，得出如下結(jié)論：

異型引線的自動裝架可通過多次翻轉(zhuǎn)實現(xiàn)，該成果可指導(dǎo)其他異型引線的自動裝架;

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

自動裝架技術(shù)的應(yīng)用不僅僅局限在在常規(guī)的淺腔及功率外殼，也可應(yīng)用在其他類型的外殼及關(guān)鍵部件的生產(chǎn)中。

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