杨文博
陕西华达科技股份有限公司 陕西 西安 710065
摘要：本文通过低频插孔和高频插针的合理排布，低频件与高频件的组合结构设计，采用玻璃烧结工艺，使低频插孔和高频插针一次完成封接。采用再再焊接工艺，实现高频内导体插针与电缆芯线连接，完成了高低频混装玻璃烧结微矩形连接器的研制。
关键词：玻璃烧结，再流焊接，连接器
1 引言
随着整机系统的不断发展和生产工艺技术的不断进步，连接器也在不断发展。小型化、微型化；高频率、高速率；功能化、模块化；气密性；高低频混装；高低频混装玻璃烧结等连接器已广泛应用于各领域。以微矩形连接器为例，接触件间距由1.91mm发展到1.27mm，目前已到0.635mm；由普通型扩展到高低频混装型、密封型，进而到目前的高低频混装密封型。
2 产品技术要求
2.1结构
低频件21个，高频件2个，低频件按照微矩形连接器结构设计，接触件间距1.27mm间距，2排，梯形布局。
2.2电性能
抗电强度：500V AC
绝缘电阻：≥1000MΩ
高频件特征阻抗：50Ω
高频件电压驻波比：0.05GHz―1GHz频率范围内，VSWR≤1.3
高频件插入损耗：0.05GHz―1GHz频率范围内不大于1Db
2.3气密性
泄漏率：≤1.0×10-3Pa.cm3/s
3 产品设计
3.1结构设计
1）根据产品整体结构要求，低频件采用刚性插孔（因为插针为绞线插针，是弹性接触件，不能用于玻璃烧结），高频件内导体采用插针。
2）低频件居中，2个高频件左右对称布局。
3）参照MDM-21S2G高低频混装微矩形连接器和MDC-21SM3微矩形密封连接器结构。其中，MDM-21S2G属于非密封型，其高频件为D3-J2，当有要求密封时，密封型高频件外导体尽可能和连接器外壳设计成一体，避免采取与外壳焊接结构。
3.2接触件尾部端接形式
低频件采用焊杯式，高频接SFF-50-1电缆，其芯线与内导体插针焊接，屏蔽层与外导体焊接。
3.3 产品安装固定方式
产品与系统需要安装固定，而且也要满足密封要求。产品与系统之间采用硅橡胶密封垫，通过用螺钉固定的方式实现产品与系统安装固定及密封，该螺钉也实现与插合连接器的连接锁紧。
3.4高频件插合端衬套的固定
由于高频件的内导体插针与外导体插针采用玻璃烧结，根据插合界面结构要求，需要设计绝缘衬套，并使其固定，以防止配对连接器拔出时绝缘衬套带出。为此，在绝缘衬套外圆设计环形凸台，在外导体相应位置设计环形凹槽。
3.5产品整体结构
最终的产品整体结构见图1。
4 产品烧结工艺
4.1 高频件内导体和低频件插孔与外壳玻璃烧结工艺
图2 玻璃烧结示意图
4.2 玻璃烧结机理
4.2.1润湿理论
润湿是指玻璃与金属的结合力，要想达到玻璃与金属的良好密封，就必须使两者具有良好的润湿性。玻璃与金属的润湿同液体对固体表面润湿的道理一样，即水滴与物体表面接触时常出现的两种现象，一种是水滴在荷叶上呈圆球型，其润湿角θ接近180°，这种润湿显然是不好的；另一种是水滴在木板上呈扁平形，其θ接近0°，这便是很好的润湿。水滴润湿示意图如图3所示。
a.水滴落在荷叶上 b. 水滴落在木板上
图3 水滴润湿示意图
4.2.2氧化物结合理论
通常情况下，玻璃与纯金属表面浸润效果很差，浸润角很大，但当金属表面存在致密的氧化膜时，就会大大促进玻璃与金属的浸润程度，浸润角会明显减小，玻璃与金属的封接实际上就成了玻璃与氧化物的封接。这种学说认为:玻璃是由多种氧化物组成的，在封接过程中，根据相似相溶原理，金属表面的氧化物能熔于玻璃内，从而成为玻璃的一部分，由此得到良好的密封。
4.2.3膨胀系数理论
根据理论研究和实际生产得出，玻璃与金属的膨胀系数应尽可能达到一致，原则上两者的膨胀系数相差不大于10%，这时便可获得最小的封接应力，从而获得良好的密封效果，这种玻璃与金属膨胀系数相近的封接也称匹配封接。
产品的外壳、高频件内导体插针、低频件插孔选用可阀合金，玻璃选择DM305。可伐合金膨胀系数为45～51×10－7/℃，DM－305玻璃介质膨胀系数为49×10－7/℃，二者相差不大于10%，保证了产品泄漏率≤1.0×10－3 Pa.cm3/s的要求。
5高频件内导体插针与电缆芯线焊接工艺
高频件内导体插针与电缆芯线焊接在烧结体镀金后进行。由于高频件内导体插针和低频插孔与外壳一次烧结成，采用手工焊接无法操作，故采用再流焊。具体为：根据工艺要求剥线—芯线、屏蔽层搪锡—装入电缆固定套—装入烧结体，使电缆芯线插入高频插针的焊接孔中—再流焊接—手工焊接电缆屏蔽层和电缆固定套—用专用收铆工装进行收铆。
6产品验证
1）为了保证产品气密性可靠，我们在烧结体完成封装后对其100%进行温度冲击试验，试验条件：低温-65℃，保持0.5h，高温+250℃，保持0.5h，循环次数5次，转换间隔小于5min。产品完成后再100%进行温度冲击试验，试验条件：低温-55℃，保持0.5h，高温+125℃，保持0.5h，循环次数5次，转换间隔小于5min。
2）产品通过试制、鉴定试验，性能指标符合技术要求。后经小批量生产及批量生产，产品状态稳定。
7结论
产品紧紧围绕着技术要求进行设计，结合高低频混装微矩形连接器和玻璃烧结微矩形连接器的成功经验，并进行了逐批检验验证，保证了高低频混装玻璃烧结微矩形的密封可靠、连接可靠。该产品随整机试验验证后，各项指标满足使用要求。
通过本次21芯低频2高频混装玻璃烧结微矩形的研制成功，为后续产品扩展积累了经验。
参考文献
[1]李振，陈银桂.高低频混装玻璃烧结连接器设计与研制[J].机电元件，2017(1).
[2].方春艳，分析高低频混装玻璃烧结连接器设计与研制[J].科技经济导刊，2017(21).
论文作者:杨文博
论文发表刊物:《防护工程》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/28
标签：低频论文; 玻璃论文; 连接器论文; 导体论文; 矩形论文; 产品论文; 插针论文; 《防护工程》2018年第24期论文;