長(zhǎng)針電連接器去金搪錫工藝技術(shù)

白 邈 肖 越 楊 志 朱振興

（北京空間機(jī)電研究所，北京 100094）

文 摘 針對(duì)長(zhǎng)針電連接器手工搪錫效率低、質(zhì)量差的問(wèn)題，分析了當(dāng)前幾種搪錫方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出研制搪錫保護(hù)裝置使用錫鍋搪錫的工藝方法，詳述了保護(hù)裝置研制的關(guān)鍵技術(shù)及具體實(shí)施方法。結(jié)果表明，本工藝方法操作過(guò)程簡(jiǎn)單、難度低，工藝穩(wěn)定性好，極少出現(xiàn)返工返修情況，搪錫質(zhì)量和效率均大幅提高，保護(hù)裝置可以重復(fù)使用，降低了搪錫成本。

0 引言

隨著電子產(chǎn)品向著高密度、輕小型化發(fā)展，電路板、電子單機(jī)的集成度也越來(lái)越高，長(zhǎng)針電連接器作為電路板之間電氣互連的橋梁，在航天產(chǎn)品電子學(xué)單機(jī)中大量使用，取代傳統(tǒng)使用導(dǎo)線進(jìn)行電氣連接的形式，大大降低了電氣機(jī)箱的體積、質(zhì)量和裝聯(lián)復(fù)雜性［1］。然而長(zhǎng)針電連接器具有很好實(shí)用優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，其插針焊接前的去金搪錫環(huán)節(jié)操作復(fù)雜、效率低且質(zhì)量不高，一直都是航天電裝領(lǐng)域一個(gè)工藝難題。

1 長(zhǎng)針電連接器搪錫要求

長(zhǎng)針電連接器插針表面存在一層厚度為10 μm鍍金層，采用錫-鉛（Sn-Pb）焊料焊接金鍍層、元器件鍍金電極或鍍金引線形成的焊點(diǎn)，多顆衛(wèi)星電子產(chǎn)品上曾發(fā)生過(guò)焊點(diǎn)開(kāi)裂致使電氣連接失效的故障（圖1）。一般把用錫為主要成分的焊料與金層焊接后生成金-錫金屬化合物發(fā)生的脆性斷裂失效現(xiàn)象稱為“金脆”［2］。在航天等軍工行業(yè)的電子生產(chǎn)研制中，為防止金脆，鍍金的引腳、接線端子等必須經(jīng)過(guò)搪錫處理，并作為禁（限）用工藝項(xiàng)目重點(diǎn)關(guān)注［3］。

圖1 焊點(diǎn)開(kāi)裂顯微剖切照片F(xiàn)ig.1 Microsection photos of solder joint cracks

按照航天標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范QJ3012—1998關(guān)于去金的要求：“表面鍍金層厚度小于2.5 μm 需進(jìn)行一次搪錫處理，大于2.5 μm 則需進(jìn)行兩次搪錫處理”，在長(zhǎng)針電連接器焊接前需對(duì)其插針進(jìn)行兩次搪錫處理［4］。

長(zhǎng)針電連接器插針根部是焊接部位，前部是插接部位（圖2）；鍍金層具有不易氧化、耐磨、導(dǎo)電性能好、接觸電阻小等優(yōu)點(diǎn)，正為插接部位所需；因此應(yīng)保證插接部位鍍金層完好，不允許沾到焊錫；故不能直接將長(zhǎng)針浸入到液態(tài)焊錫中進(jìn)行錫鍋搪錫。

圖2 長(zhǎng)針搪錫部位、保護(hù)部位示意圖Fig.2 Schematic diagram of tinned and protected parts of long pin

由于長(zhǎng)針電連接器具有插針長(zhǎng)（15.0、17.5、19.5、22.5 mm 等）、間距密（1.905、2.54 mm 等）的自身特點(diǎn)，給手工搪錫操作帶來(lái)了非常大的困難。手工搪錫需要操作人員使用電烙鐵逐一對(duì)每一根插針進(jìn)行去金、搪錫兩次。由于電連接器引腳多、間距密，電烙鐵頭部不易伸入電連接器內(nèi)部，插針內(nèi)側(cè)需要多次涂抹焊錫才能將鍍金層完全溶解去除，導(dǎo)致長(zhǎng)針電連接器手工搪錫操作十分復(fù)雜，工作量大，搪錫效率低下。

2 技術(shù)調(diào)研

針對(duì)上述長(zhǎng)針電連接器搪錫的要求與存在問(wèn)題，通過(guò)調(diào)研形成如下結(jié)果。

（1）電烙鐵手工搪錫方法，在長(zhǎng)針搪錫部位涂抹助焊劑，用電烙鐵上錫，用吸錫繩將多余焊錫去除，完成去金操作，再涂抹助焊劑進(jìn)行二次搪錫。優(yōu)點(diǎn)：人工操作靈活性高、適應(yīng)性強(qiáng)，無(wú)需購(gòu)置新設(shè)備、新材料或制作新工裝；缺點(diǎn)：效率低下、存在去金不徹底等質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)、工藝穩(wěn)定性不高，不能完成三排以上長(zhǎng)針電連接器搪錫工作，人力勞動(dòng)強(qiáng)度大。

（2）使用解焊機(jī)焊錫波峰搪錫方法［5］，制作長(zhǎng)針電連接器搪錫專用噴嘴工裝，用保護(hù)罩和耐高溫膠帶將長(zhǎng)針前部保護(hù)，將搪錫部位水平放置到解焊機(jī)涌出的焊錫上，進(jìn)行去金、搪錫操作。優(yōu)點(diǎn)：比手工搪錫效率高、提高生產(chǎn)設(shè)備使用效率；缺點(diǎn)：工藝方法不穩(wěn)定，存在插針間焊錫橋連、殘余焊錫較多等問(wèn)題，需要手工返修，導(dǎo)致搪錫效率降低；三排及以上長(zhǎng)針電連接器橋連嚴(yán)重，無(wú)法完成搪錫工作。

（3）插接部位涂保護(hù)膠錫鍋搪錫方法［6-8］，配置保護(hù)膠液，涂敷在長(zhǎng)針需保護(hù)部位，進(jìn)行錫鍋去金、搪錫處理，去除保護(hù)膠，完成搪錫工作。優(yōu)點(diǎn)：比手工搪錫效率高、質(zhì)量好、工藝方法比較穩(wěn)定，能夠完成多排插針長(zhǎng)針電連接器的搪錫工作；缺點(diǎn)：保護(hù)膠配制、烘干、去除等工序繁瑣、耗時(shí)、降低搪錫效率；保護(hù)膠等物料的使用增加生產(chǎn)成本；保護(hù)膠如去除不凈，可能導(dǎo)致電連接器接觸不良。

綜上，目前國(guó)內(nèi)商業(yè)領(lǐng)域和軍工領(lǐng)域關(guān)于長(zhǎng)針電連接器搪錫技術(shù)相關(guān)資料非常少，一般均采用手工搪錫方法，個(gè)別軍工單位研究了新的搪錫方法，采用膠液保護(hù)錫鍋搪錫或是采用保護(hù)罩保護(hù)解焊機(jī)搪錫，存在操作工藝復(fù)雜、物料消耗較大等問(wèn)題。為此，本文提出研制一種插針搪錫保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)針電連接器高質(zhì)高效低成本的錫鍋搪錫的工藝方法。

3 保護(hù)裝置研制要求

由于錫鍋搪錫要將搪錫部位浸入到260℃的液態(tài)焊錫中，長(zhǎng)針電連接器如使用錫鍋搪錫，則長(zhǎng)針連同保護(hù)裝置也同時(shí)需要浸入到焊錫中。因此，保護(hù)裝置的材料選用與結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)是技術(shù)難點(diǎn)的所在，要求具有以下特性：

（1）良好的耐高溫性能和穩(wěn)定性，能夠承受260℃以上高溫，不熔化，不變形，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不能被焊錫潤(rùn)濕；

（2）良好的密封性，保證長(zhǎng)針插接部位與液態(tài)焊錫隔離，鍍金層不會(huì)被焊錫溶解或破壞；

（3）良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證插針搪錫高度的一致性，結(jié)構(gòu)與插針銜接部位便于液態(tài)焊錫留下，不存留焊錫，以減少返修操作；

（4）可重復(fù)使用，減少工裝加工次數(shù)和成本，進(jìn)而降低搪錫成本。

4 保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

4.1 保護(hù)裝置總體設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)對(duì)搪錫要求和使用需求分析，確定了尖角式搪錫保護(hù)裝置，由密封蓋板、插針密封罩、支撐桿、固定座、把手等5 種結(jié)構(gòu)零件組成［9］，總體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。長(zhǎng)針的插接部位插入到插針密封罩內(nèi)，實(shí)現(xiàn)與焊錫的隔離保護(hù)，故插針密封罩是本裝置的核心零件，密封蓋板與插針密封罩組裝形成保護(hù)腔，支撐桿起到長(zhǎng)針搪錫高度限定的作用，同時(shí)提供與固定座的連接接口，固定座將長(zhǎng)針電連接器本體固定，同時(shí)提供與把手的連接接口，把手供操作人員搪錫時(shí)手持，應(yīng)防止傳遞的高溫燙傷手掌。

圖3 尖角式搪錫保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structural diagram of“sharp angle”protection device

4.2 零件設(shè)計(jì)

根據(jù)上述分析可知，由于插針密封罩上具有與長(zhǎng)針電連接器插針一一對(duì)應(yīng)的安裝孔，不同型號(hào)電連接器插針數(shù)量、間距不同，則需設(shè)計(jì)制作多種型號(hào)的保護(hù)裝置。為了增加保護(hù)裝置的通用性，減少零件的設(shè)計(jì)、加工數(shù)量，降低生產(chǎn)成本，通過(guò)分析歸納與設(shè)計(jì)優(yōu)化，明確了保護(hù)裝置可以通用的零件為把手、固定座、支撐桿，個(gè)性零件為插針密封罩和與之配套使用的密封蓋板。

插針密封罩是決定搪錫保護(hù)裝置性能的關(guān)鍵，其中安裝孔直徑和尖角角度的參數(shù)選擇至關(guān)重要：安裝孔徑越大，電連接器的插入越容易，但保護(hù)可靠性降低、容易有焊錫存留；尖角角度越小，焊錫流下越快，越不容易殘留焊錫，但不同排插針搪錫高度差增大。

表1、表2為針對(duì)某型號(hào)三排長(zhǎng)針電連接器，插針密封罩安裝孔直徑和尖角角度參數(shù)的設(shè)計(jì)確認(rèn)及樣件試驗(yàn)效果對(duì)比驗(yàn)證結(jié)果。

表1 安裝孔直徑參數(shù)確認(rèn)表Tab.1 Confirmation table of installation hole diameter parameters

表2 尖角角度參數(shù)確認(rèn)表1）Tab.2 Confirmation table of sharp angle parameters

從表1可以看出，插針密封罩上安裝孔直徑設(shè)計(jì)值為0.70～0.75 mm 時(shí)，電連接器插入難度較低，密封效果良好，并且接合部位無(wú)多余焊錫殘留；安裝孔直徑小于0.70 mm 時(shí)，電連接器插入困難，存在損傷插針或其表面鍍金層的風(fēng)險(xiǎn)；安裝孔直徑大于0.75 mm 時(shí)，電連接器插入容易，密封效果尚可，但是接合部位有多余焊錫殘留，導(dǎo)致電連接器無(wú)法穿入到電路板上安裝孔，需要對(duì)多余的焊錫進(jìn)行手工清除，返修工作量大。

從表2可以看出，插針密封罩尖角角度為60°～90°時(shí)，電連接器插針內(nèi)外側(cè)搪錫高度差和不同排插針搪錫高度差在可接受范圍內(nèi)，且接合部位無(wú)多余焊錫殘留。尖角角度0°～60°時(shí)，接合部位無(wú)多余焊錫殘留，但插針內(nèi)外側(cè)搪錫高度差和不同排插針搪錫高度差均較大，影響搪錫效果。尖角角度90°～180°時(shí)，插針內(nèi)外側(cè)搪錫高度差和不同排插針搪錫高度差均較小，但焊錫流下緩慢，接合部位有多余焊錫殘留或橋連情況，需要對(duì)多余的焊錫進(jìn)行手工清除，返修工作量大。

5 搪錫工藝

5.1 工藝流程與方法

使用搪錫保護(hù)裝置對(duì)長(zhǎng)針電連接器進(jìn)行錫鍋搪錫的工藝流程如圖4所示。

圖4 使用保護(hù)裝置搪錫工藝流程Fig.4 Process flow of tinning with protection device

M1：工裝預(yù)組裝：先將把手與固定座組裝，支撐桿、插針密封罩和密封蓋板組裝，此兩項(xiàng)組裝操作僅在工裝第一次使用前進(jìn)行，搪錫完畢后無(wú)需拆分，避免后續(xù)反復(fù)裝拆的無(wú)意義工作，提高搪錫效率。

M2：電連接器裝入：長(zhǎng)針電連接器裝入工裝之前需先檢查所有插針狀態(tài)，應(yīng)確定所有插針無(wú)歪斜，之后將其插入到插針密封罩內(nèi)，安裝過(guò)程中注意保證所有插針全部入孔，防止長(zhǎng)針彎折。

M3：保護(hù)裝置組裝：將保護(hù)裝置上下兩部分通過(guò)安裝螺釘組裝成一體。

M4：涂抹助焊劑：搪錫前需對(duì)搪錫部位涂抹助焊劑，使用小毛刷蘸取助焊劑，均勻涂抹在待搪錫部位。

M5：第一次搪錫（去金）：去除錫鍋表面雜質(zhì)與氧化膜，將保護(hù)裝置豎直浸入到去金錫鍋中，注意控制浸入深度，保證錫鍋焊錫液面不與電連接器本體接觸，且間距小于0.5 mm，搪錫時(shí)間2～3 s，然后將保護(hù)裝置從錫鍋中豎直提出，完成第一次搪錫。

M6：第二次搪錫：待電連接器本體完全冷卻后，參照上述工序4-5內(nèi)容與要求，在搪錫錫鍋中進(jìn)行第二次搪錫操作。

M7：清洗：將保護(hù)裝置上下兩部分拆分，取下長(zhǎng)針電連接器，使用無(wú)水乙醇將搪錫部位及其他污染部位清洗干凈，完成整個(gè)長(zhǎng)針電連接器搪錫工作。

5.2 搪錫效果確認(rèn)

去金搪錫完畢后的長(zhǎng)針電連接器如圖5所示，由專業(yè)檢驗(yàn)人員使用光學(xué)顯微鏡對(duì)搪錫質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，得出下列檢驗(yàn)結(jié)論：

圖5 樣件搪錫效果圖Fig.5 Sample affter tin-coating

（1）插針焊接部位金層表面積100%去除；

（2）搪錫部位表面焊錫潤(rùn)濕良好，無(wú)毛刺、拉尖等現(xiàn)象，錫層厚度均勻，無(wú)助焊劑殘留；

（3）插針間無(wú)焊錫橋連，無(wú)殘?jiān)?、焊錫氧化物等多余物；

（4）電連接器插針無(wú)彎折、無(wú)松動(dòng)，本體無(wú)損傷、無(wú)焊錫、無(wú)變形，型號(hào)、規(guī)格、標(biāo)識(shí)等清晰。

6 結(jié)論

本文通過(guò)研制出一種長(zhǎng)針電連接器插針搪錫保護(hù)裝置，并重點(diǎn)解決了插針與保護(hù)裝置結(jié)合部位焊錫殘留問(wèn)題，摸索出長(zhǎng)針電連接器高質(zhì)高效的錫鍋搪錫工藝新方法。該工藝方法工序簡(jiǎn)單，操作難度低，工藝穩(wěn)定性好，極少出現(xiàn)返工返修情況，且裝置可以重復(fù)使用，降低了搪錫成本，很好地解決了長(zhǎng)針電連接器手工去金搪錫效率低、質(zhì)量差的問(wèn)題。