阵列引线连接器自动装架模具的设计及应用

李凯亮 马锐 金鑫

摘要：阵列引线连接器是光通信用金属封装外壳的重要组成部分，起到实现器件内外电连接的作用，随着通信技术的飞速发展，光通信用金属封裝壳需求量呈井喷式增长，对其批生产的要求越来越高。本文针对正在批产的一款光通信外壳用连接器，开展了其自动装架原理及模具设计的研究工作，有效解决其影响产能的瓶颈问题，该成果已成功应用其外壳的批量生产中，形成了良好的经济效益。

关键词：阵列引线连接器;金属封装外壳;批生产;自动装架模具

引言

电连接器是一种在电气终端之间提供连接与分离功能的元件，其应用领域十分广泛。随着信息化、智能化的新式高性能光电器件的研发，对为其配套电连接器在内的各类元器件性能提出了新的或更高的要求，例如电连接器小型化和轻量化。近年来，随着通信技术的飞速发展，光电器件外壳的需求呈爆炸式增长，因此，其配套的连接器数量也日益增长。

光电器件外壳具有产品结构复杂、生产工艺复杂、质量控制要求高等特点。随着日益增长的市场需求及客户更为苛刻的交付要求，对其生产效率的提升提出了更高要求。烧结是光电器件外壳生产过程中的关键工序，其使用的电连接器凸肩引线数量多，人工插装效率低下，是该产品批生产的瓶颈问题，本文针对一款使用阵列凸肩引线的电连接器的结构及引线特点，利用自动装架技术，并结合烧结模具，设计开发了专用的自动装架模具，代替了人工插装，大幅提高了该产品的装架效率，进而提升了其配套外壳的批生产能力，取得了良好的效益。该自动装架模具的设计及应用一方面保证了产品的生产和交付，另一方面也为其他类似产品自动装架模具的设计提供了参考和借鉴。

阵列引线连接器的结构及烧结工艺流程

产品结构特点

阵列引线连接器主要有陶瓷基板及凸肩引线组成，涉及氧化铝陶瓷及可伐材料，其产品结构如图1所示。

烧结工艺流程

该阵列引线连接器引线数多（116根），引线类型为凸肩引线，主要烧结工艺流程为陶瓷基板与引线通过银铜焊料焊接而成。

连接器常规装配方法及工效

该连接器的常规装配形式采用人工插装，效率低下，见图2。

经调查，该连接器涉及的外壳共四步钎焊，单人单件装架效率对比如下表：

由上表可知，阵列引线连接器的装配是目前该外壳最为耗时的装配工序，其自动装架模具的设计开发迫在眉睫。

阵列引线连接器自动装架模具的设计

自动装架是管壳行业批量化生产的重要研究方向之一，前期我所已成功实现浅腔及功率类外壳的自动装架，涉及壳体、直线及钉头引线、玻璃的自动装配。本文连接器所使用的凸肩引线、银铜焊料及陶瓷基板，相对于常规的自动装架产品，引线形状更为复杂，烧结工艺不同，配件类型不同，对自动装架的模具设计提出了更新更高要求。

自动装架原理

自动装架技术，是针对腔体式、平底式等引线直插式金属封装外壳产品批量生产所开发的一种高效装架方式。自动装架以设备代替手工实现高效批量生产，且一致性好，降低了人工、时间和质量成本。自动装架技术是利用设备平台（振动装架机，如图3）六个方向（上下左右前后）的立体振动，通过模具的引导，使各零件装配到合适的位置。

自动装架模具设计

设计难点

凸肩引线作为异型引线，实现自动装架模具结构及工艺流程更为独特，方可保证一定的填充率及效率要求;

连接器在凸肩引线自动装架完成后，结合石墨烧结模具，与陶瓷及焊料的装配倒换设计过程更为复杂，才可有效保证最终的装配成功;

自动装架工艺流程设计 凸肩引线全套自动装架模具由引线振动下模、引线振动引导模、陶瓷组件引线转换模等组成，其振动及模具倒换装配工艺流程如下：

材料设计 振动模具材料采用电聚酯板（胶木），其具有：

较好的强度和韧性;

材料不易变形;

表面不易脱落，加工后毛刺少，易去除。

自动装架模具结构设计

外形及公差设计。由于机器自身夹具配合的原因，振动机的有效工作台面积为200mm×180mm。因此，使用的振动装架及倒换模具也必须是标准外形尺寸，其中，除引线振动引导模为200mm×180mm，其余模具外形尺寸为200mm×90mm，方便人工倒换操作。所有上振动机的模具总高相加为。外形尺寸公差因为涉及与机器工装台的配合问题，统一定为±0.05。

结构设计。引线振动模具设计：引线振动模具由引线振动下模及引线振动引导模组成，两种模具配对使用，其作用是按要求将凸肩引线振动至模具中，并保证一定的填充率。引线振动的引导模设计专用的导向槽，其对角线长L小于引线长，保证引线在导向槽中具有一定的倾斜角度，从而提高其导入引线振动下模的概率，同时利用凸肩引线重心在长端的特点，在振动过程中可自动识别方向。其结构示意图如下：

倒换模具设计：凸肩引线完成振动后，需与陶瓷基板、焊料等配件完成装配，这就需要设计专用的倒换模具，实现各配件之间的装配，保证配件位置，满足烧结要求。

将引线振动下模中的引线与陶瓷组件引线转换模合模后，翻转模具，将引线方向变为长端向上，为后续与陶瓷组件组装做好准备。

另外陶瓷、焊料等配件同时进行翻转装配，装配后与引线进行合模翻转，最后装配至石墨模具烧结。

结果与讨论

阵列引线连接器自动装架模具的设计及应用，大幅提高了该外壳产品烧结的生产效率，满足了客户的生产需求，其改进前后的装配效率统计见表2：

阵列引线连接器自动装架模具的设计及应用，既提高了其的装配效率，提升了批产能力，带来了良好的经济效益。同时该模具的应用开拓了自动装架技术的应用范围，为未来自动装架技术的更广泛应用打下了良好的基础。

结论

通过阵列引线连接器自动装架技术的研究工作，得出如下结论：

异型引线的自动装架可通过多次翻转实现，该成果可指导其他异型引线的自动装架;

自动装架模具的应用需结合高效的工艺流程设计（翻转、倒换等），才可最大限度提高装配效率;

自动装架技术的应用不仅仅局限在在常规的浅腔及功率外壳，也可应用在其他类型的外壳及关键部件的生产中。

参考文献

莫纯昌.电真空工艺[M].北京：国防工业出版社，1980.

张家远，赵廷元.材料热物理性质手册[M].北京：新时代出版社，1987.

陈秀宁.机械基础[M].杭州：浙江大学出版社，2009.