CN104625282B

CN104625282B - 卫星用微矩形电连接器激光焊接装置及其激光焊接方法

Info

Publication number: CN104625282B
Application number: CN201410737146.4A
Authority: CN
Inventors: 马力; 王钦; 强龙凯; 袁明珠; 曹熙丹
Original assignee: Shanghai Institute of Satellite Equipment
Current assignee: Shanghai Institute of Satellite Equipment
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2016-11-23
Anticipated expiration: 2034-12-04
Also published as: CN104625282A

Abstract

本发明公开了一种卫星用微矩形电连接器激光焊接装置及其激光焊接方法；所述激光焊接***包括半导体激光焊接装置；所述半导体激光焊接装置包括半导体激光器、三轴运动平台、点胶机、空气压缩机以及操作控制盒，其中，所述半导体激光器、点胶机、空气压缩机、操作控制盒集成于三轴运动平台上。本发明采取了对插座焊杯与导线芯线部位全体密闭灌封的方式进行电气绝缘，进一步提升了焊接质量，保证了焊点额电气绝缘性能；可完成半自动宇航用微矩形接插件电缆组件的可靠焊接，质量满足使用要求。

Description

卫星用微矩形电连接器激光焊接装置及其激光焊接方法

技术领域

本发明涉及激光焊接装置及工艺技术，尤其是在半自动的情况下，对宇航用微矩形接插件电缆组件进行安全可靠的半自动焊接操作，具体涉及一种卫星用微矩形电连接器激光焊接装置及其激光焊接方法。

背景技术

卫星在进行总体设计时，减重已成为卫星设计的关键技术，减重指标也成为分***设计的制约性指标。卫星使用电缆组件作为信号、数据、电源传输通道，现用的电连接器必须适合微型化需求，而微型化电连接器存在的小间距，带来了人工装配的难度。

由于电缆组件的不可替代性，如何适应型号减重和微型化需求，是目前电缆组件装配方面的主要问题。在诸多卫星，都已提出了非常明确的减重设计要求。

目前，在较多型号上，小批量选用了AirBorn公司生产的MM系列(引脚间距1.27mm)的微矩形电连接器，采取了接插件带线进口，然后国内接线的方案，以及焊接接插件进口，然后国内焊接导线的两种方案解决型号应用需求。在配置了激光焊接***、灌封胶除泡设备后，已较好的解决了少量MM接插件的焊接任务需求。

对于焊杯间距只有1.27mm的MM微矩形电连接器，由于其焊杯间的间隙只有约0.3mm，对焊接质量的要求非常高，一旦出现拉尖或毛刺，极有可能在后续出现焊杯间电气绝缘性能下降，甚至出现浅通现象。

针对这一问题，目前普遍采取了手工方式进行焊接，针对0.3mm焊杯间隙，手工焊接难度大，焊接强度远远高于普通接插件，因此操作人员更易疲劳，从而间接影响产品质量，通过激光焊接方式可实现焊接过程中的自动化，人员疲劳程度得到极大改善，保证产品质量。另一方面，对于如此小的焊杯间间隙，已无法采用现有热缩套管热缩焊点的工艺方式进行电气绝缘。

发明内容

为了解决宇航用微矩形接插件电缆组件的可靠焊接，本发明提供了一种卫星用微矩形电连接器激光焊接***及其激光焊接方法。本发明采取了对插座焊杯与导线芯线部位全体密闭灌封的方式进行电气绝缘，进一步提升了焊接质量，保证了焊点额电气绝缘性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明涉及一种卫星用微矩形电连接器激光焊接***，所述激光焊接***包括半导体激光焊接装置；所述半导体激光焊接装置包括半导体激光器、三轴运动平台、点胶机、空气压缩机以及操作控制盒，所述半导体激光器、点胶机、空气压缩机与操作控制盒集成于三轴运动平台上，，所述半导体激光器与三轴运动平台电连接，所述点胶机与三轴运动平台电连接，所述操作控制盒与三轴运动平台电连接，所述空气压缩机的出气导管接头接入点胶机的进气接口，所述半导体激光器的激光聚焦头上的CCD镜头的USB连接线***电脑USB接口。其焊接原理是以半导体激光作为加热源，辐射加热焊杯，通过焊膏(或者预制焊料片)向基板传热，当温度达到钎焊温度时，焊膏熔化，焊杯、导线润湿，形成焊点，同时通过三轴运动平台自动进行接插件对位，点胶机与空气压缩机进行焊杯搪锡，整个***通过操作控制盒进行统一控制。

作为优选方案，4针黑色连接线将三轴运动平台引脚PORT 1与半导体激光器04-P端口连接；2针黑色连接线将三轴运动平台引脚PORT 2与点胶机02-P端口连接；DB-25连接线将三轴运动平台引脚PORT 5与半导体激光器DB-25端口连接；DB-37连接线将三轴运动平台引脚PORT 6与操作控制盒DB-37端口连接；空气压缩机的出气导管接头接入点胶机的进气接口；半导体激光器的激光聚焦头上的CCD镜头的USB连接线***电脑USB接口。

作为优选方案，所述三轴运动平台上设有可控制X轴、Y轴、Z轴三个方向的步进电机，三轴各由一台步进电机进行单轴运动控制，步进电机连接丝杆，丝杆上架设第一平台或第二平台，其中第一平台可进行X轴与Z轴联动、第二平台可进行Y轴移动，第一平台上集成有点胶机针头、点胶监控相机、激光聚焦透镜、激光监控相机，共四台设备；第二平台上集成有微调光学平台，进行接插件固定与导线装夹，可通过旋钮对接插件进行X、Y、Z三个方向的微调，整个三轴平台的步进电机通过预设在轴两端的光栅尺进行位移控制。

作为优选方案，所述三轴运动平台上设有可控制X轴、Y轴、Z轴三个方向运动的光栅尺。

作为优选方案，所述三轴运动平台上设有可调节X轴、Y轴、Z轴三个方向的微调光学平台。

作为优选方案，所述***通过半导体激光器对接插件搪锡及焊线时不同的电流与时间参数进行选择，具体为：搪锡分6段设置，短焊杯：8A、0.3s,10A、0.4s,12A、0.5s,16A、0.7s，18A、0.9s，20A、1.15s；长焊杯：8A、0.3s,14A、0.4s,18A、0.5s,20A、0.7s，22A、0.9s，24A、1.15s；焊线分9段设置，长短焊杯参数相同：10A、0.3s,12A、0.4s,16A、0.5s,22A、1.0s，25A、0.5s，27A、0.7s，20A、0.5s,10.5A、0.3s、8A、0.2s。

作为优选方案，所述***通过点胶机对接插件搪锡及焊线时不同的气压与时间参数进行选择，具体为：搪锡分5次点锡膏，每次点涂锡膏设置为250kPa,0.3s(参数设置以锡膏一次点胶出锡0.25mm为准)，其中第1次、第2次点涂在同一点，第3至第5次依据焊杯长度均分；焊线分5次点锡膏，每次点涂锡膏设置为250kPa,0.3s(参数设置以锡膏一次点胶出锡0.5mm为准)，其中第1次、第2次点涂在同一点，第3至第5次依据焊杯长度均分。

作为优选方案，所述***还包括灌封胶除泡设备。

作为优选方案，点胶机选择1mm口径不锈钢点胶针头。

作为优选方案，三轴运动平台对于接插件搪锡及焊线时不同的对中位置的选择，具体为：搪锡及焊线时，点胶针头对准焊杯开口处根部，激光对准焊杯根部偏顶部1/3焊杯长度位置。

本发明还涉及一种卫星用微矩形电连接器激光焊接方法，所述焊接方法包括导线成束、接插件搪锡、接插件焊线、电缆灌封；所述接插件搪锡时选用的电流与时间参数分6段设置，短焊杯：8A、0.3s,10A、0.4s,12A、0.5s,16A、0.7s，18A、0.9s，20A、1.15s；长焊杯：8A、0.3s,14A、0.4s,18A、0.5s,20A、0.7s，22A、0.9s，24A、1.15s，所述接插件焊线时选用的电流与时间参数分9段设置，长短焊杯参数相同：10A、0.3s,12A、0.4s,16A、0.5s,22A、1.0s，25A、0.5s，27A、0.7s，20A、0.5s,10.5A、0.3s、8A、0.2s。

作为优选方案，所述接插件搪锡时选用的气压与时间参数为：分5次点锡膏，以锡膏一次点胶出锡0.25mm为准，每次点涂锡膏设置为250kPa,0.3s，其中第1次、第2次点涂在同一点，第3至第5次依据焊杯长度均分；所述接插件焊线时选用的气压与时间参数为：分5次点锡膏，以锡膏一次点胶出锡0.5mm为准，每次点涂锡膏设置为250kPa,0.3s，其中第1次、第2次点涂在同一点，第3至第5次依据焊杯长度均分。

作为优选方案，所述电缆灌封具体为：将质量比4:1的E-51环氧树脂与固化剂离心脱泡混合均匀，对卫星用微矩形电连接器的插座焊杯与导线芯线部位进行全体密闭灌封。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、焊接除固定导线外，其余过程实现自动化，使操作人员的劳动强度大大降低；

2、由于采用了0.1ml高精度的气动点胶设备，使得焊锡供给一致性高，结合半导体激光器的稳定输出，保证了焊接质量一致性，且焊点符合航天标准；

3、激光的集中非接触式供热保证了微小间距的焊接质量，且具有向更小间距发展的可拓展性。

4、采取了对插座焊杯与导线芯线部位全体密闭灌封的方式进行电气绝缘，进一步提升了焊接质量，保证了焊点额电气绝缘性能。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为半导体激光器装置的工作原理图；

图2为微矩形接插件电缆组件激光焊接总的工艺流程图；

图3为微矩形接插件激光焊接工艺流程图；

图4为搪锡操作时的针头定位示意图；

图5为微矩形接插件电缆组件灌封工艺流程图；

图6为灌封操作时的胶带纸粘贴示意图；

图7为灌封操作时的胶带纸围边示意图；

图8为三轴运动平台构成示意图；

其中，1为透明胶带与铜箔，2为接插件焊杯，3为接插件焊杯端面，4为第一平台，5为第二平台，6为操作控制盒，7为空压机，8为点胶机，9为半导体激光器，10为三轴运动平台，11为气管，12为针头，13为铜箔胶带光面,14为透明胶带光面,15为透明胶带粘面。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

半导体激光软钎焊是以半导体激光作为加热源，辐射加热焊杯，通过焊膏(或者预制焊料片)向基板传热，当温度达到钎焊温度时，焊膏熔化，焊杯、导线润湿，形成焊点。

激光-钎料的相互作用对于更加有效地使用激光热源进行钎焊是非常重要的。激光软钎焊时，电子元器件焊点成型的好坏不仅取决于组件吸收的激光能量，还取决于通过组件传导的热量，而这些热量用来加热钎料使之熔化。激光输出功率和激光钎焊时间是两个很重要的激光钎焊工艺参数，二者作用不可互换；相反地，只有选择了合适的激光输出功率和激光钎焊时间的参数组合，才能获得良好的、可靠性高的钎焊焊点。激光钎焊过程是将钎料加热到熔化温度使之液化，而要避免对其它区域的过多加热。

下面结合实施例对本发明进行更为具体地描述。

实施例

本实施例涉及一种卫星用微矩形电连接器激光焊接***及其激光焊接方法。

本实施例的半导体激光焊接装置，包括半导体激光器9、三轴运动平台10、点胶机8、空气压缩机以及操作控制盒，其中，所述半导体激光器、点焊膏控制器与空气压缩机、操作控制盒集成于三轴运动平台上；该半导体激光器装置工作原理图如图1所示。三轴运动平台10、半导体激光器9、点胶机8和操作控制盒6至于可靠平台上，4针黑色连接线将三轴运动平台10的PORT 1与半导体激光器9的04-P端口连接；2针黑色连接线将三轴运动平台10的PORT 2与点胶机8的02-P端口连接；DB-25连接线将三轴运动平台10的PORT5与半导体激光器9的DB-25端口连接；DB-37连接线将三轴运动平台10的PORT 6与操作控制盒6的DB-25端口连接；空气压缩机7的出气导管(气管11)接头接入点胶机8后的进气接口；半导体激光器9激光聚焦头上的CCD镜头的USB连接线***电脑USB接口。三轴运动平台10上，安装了可控制X轴、Y轴、Z轴三个方向的步进电机，安装了可控制X轴、Y轴、Z轴三个方向运动的光栅尺，还安装了可调节X轴、Y轴、Z轴三个方向的微调光学平台。图8为三轴运动平台构成示意图，三轴各由一台步进电机进行单轴运动控制，步进电机连接丝杆，丝杆上架设第一平台4或第二平台5，其中第一平台可进行X轴与Z轴联动、第二平台可进行Y轴移动，第一平台上集成有点胶机针头、点胶监控相机、激光聚焦透镜、激光监控相机，共四台设备；第二平台上集成有微调光学平台，进行接插件固定与导线装夹，可通过旋钮对接插件进行X、Y、Z三个方向的微调，整个三轴平台的步进电机通过预设在轴两端的光栅尺进行位移控制。

本实施例的卫星用微矩形电连接器激光焊接总的工艺流程如图2所示，包括导线成束、接插件搪锡、接插件焊接、电缆灌封等主要工序，其后还包括电性能检测、外观检查。其中，导线成束、接插件搪锡、接插件焊接工序又统称为接插件激光焊接工艺，其工艺流程图如图3所示，具体包括如下步骤：

A、导线成束：首先进行导线线缆成束，将待焊接微矩形接插件置于定位夹具上，进行搪锡操作。

B、接插件搪锡：搪锡工艺方法及参数如下：

1、记录温度、湿度；

2、保持点胶时间0.3s，调解点胶机压力，以一次点胶针头出胶量长度为0.25mm为准；

3、点胶前针头预留0.5mm(增大点胶压力)锡量；

4、针头12高度离焊杯2中心边缘0.5mm左右(参见图4)；

5、针头12起始位置在焊杯2根部(参见图4)；

6、进行锡膏点胶；

7、移动激光光斑位置到焊杯中部，打开激光，选用激光电流如下表：

表1-1短焊杯搪锡激光电流与时间设置

分段	1	2	3	4	5	6
							激光电流/A	8	10	12	16	18	20
时间/s	0.3	0.4	0.5	0.7	0.9	1.15

表1-2长焊杯搪锡激光电流与时间设置

分段	1	2	3	4	5	6
							激光电流/A	8	14	18	20	22	24
时间/s	0.3	0.4	0.5	0.7	0.9	1.15

8、搪锡后，将待焊导线拨头、固定并置于焊杯内，进行焊线操作。

C、接插件焊接：焊线工艺方法及参数如下：

1、记录温度、湿度；

2、保持点胶时间0.3s，调解点胶机压力，以一次点胶针头出胶量长度为0.5mm为准；

3、点胶前针头预留0.25-0.5mm(额定压力减小)锡量；

4、针头高度离导线上缘0.5mm左右；

5、针头起始位置在焊杯根部；

6、进行锡膏点胶；

8、移动激光光斑位置到焊杯中部，打开激光，选用激光电流如下表：

表1-3焊接激光电流与时间设置

分段	1	2	3	4	5	6	7	8	9
										激光电流/A	10	12	16	22	25	27	20	10.5	8
时间/s	0.3	0.4	0.5	1	0.5	0.7	0.5	0.3	0.2

对于接插件同一排焊杯的焊线，需要一次完成导线夹装，分批夹装导线会引起后装导线位置抬高，从而使得导线与焊杯的接触面减少，影响焊接效果。

焊完线后，对接插件进行灌封操作。微矩形接插件电缆组件灌封工艺流程图如图5所示，包括准备带线接插件、胶带与铜箔粘贴、胶带围边、接插件固定、E-51配比、E-51脱泡混合、E-51灌注及固化等步骤。

其中，胶带与铜箔粘贴：胶带纸粘贴如图6所示，铜箔胶带光面13向外，铜箔胶带粘面与透明胶带光面14粘接，透明胶带粘面15用于与接插件焊杯粘接实现围边。

胶带围边：如图7所示，在接插件焊杯端面3上将透明胶带与铜箔1围绕粘贴至接插件焊杯2尾部，并对铜箔胶带整形。

E-51配比：将E-51环氧树脂与593固化剂按质量比4：1比例进行配比。

E-51脱泡混合：对配比后的环氧树脂置于离心脱泡机内脱泡混合均匀。

E-51灌注及固化：将脱泡后的E-51灌入插头尾部胶带围筑的空隙内，并静置固化24小时，即可实现对插座焊杯与导线芯线部位全体密闭灌封。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims

1.一种卫星用微矩形电连接器的激光焊接方法，其特征在于，所述焊接方法包括导线成束、接插件搪锡、接插件焊线、电缆灌封；所述接插件搪锡时选用的电流与时间参数分6段设置，短焊杯：8A、0.3s,10A、0.4s,12A、0.5s,16A、0.7s，18A、0.9s，20A、1.15s；长焊杯：8A、0.3s,14A、0.4s,18A、0.5s,20A、0.7s，22A、0.9s，24A、1.15s，所述接插件焊线时选用的电流与时间参数分9段设置，长短焊杯参数相同：10A、0.3s,12A、0.4s,16A、0.5s,22A、1.0s，25A、0.5s，27A、0.7s，20A、0.5s,10.5A、0.3s、8A、0.2s；

所述激光焊接方法采用的卫星用微矩形电连接器激光焊接***，包括半导体激光焊接装置；所述半导体激光焊接装置包括半导体激光器、三轴运动平台、点胶机、空气压缩机以及操作控制盒，所述半导体激光器、点胶机、空气压缩机与操作控制盒集成于三轴运动平台上，所述半导体激光器与三轴运动平台电连接，所述点胶机与三轴运动平台电连接，所述操作控制盒与三轴运动平台电连接，所述空气压缩机的出气导管接头接入点胶机的进气接口，所述半导体激光器的激光聚焦头上的CCD镜头的USB连接线***电脑USB接口。

2.根据权利要求1所述的卫星用微矩形电连接器的激光焊接方法，其特征在于，所述三轴运动平台上设有可控制X轴、Y轴、Z轴三个方向的步进电机。

3.根据权利要求1所述的卫星用微矩形电连接器的激光焊接方法，其特征在于，所述三轴运动平台上设有可控制X轴、Y轴、Z轴三个方向运动的光栅尺。

4.根据权利要求1所述的卫星用微矩形电连接器的激光焊接方法，其特征在于，所述三轴运动平台上设有可调节X轴、Y轴、Z轴三个方向的微调光学平台。

5.根据权利要求1所述的卫星用微矩形电连接器的激光焊接方法，其特征在于，所述***通过半导体激光器对接插件搪锡及焊线时不同的电流与时间参数进行选择。

6.根据权利要求1所述的卫星用微矩形电连接器的激光焊接方法，其特征在于，所述***通过点胶机对接插件搪锡及焊线时不同的气压与时间参数进行选择。

7.根据权利要求1所述的卫星用微矩形电连接器激光焊接方法，其特征在于，所述接插件搪锡时选用的气压与时间参数为：分5次点锡膏，以锡膏一次点胶出锡0.25mm为准，每次点涂锡膏设置为250kPa,0.3s，其中第1次、第2次点涂在同一点，第3至第5次依据焊杯长度均分；所述接插件焊线时选用的气压与时间参数为：分5次点锡膏，以锡膏一次点胶出锡0.5mm为准，每次点涂锡膏设置为250kPa,0.3s，其中第1次、第2次点涂在同一点，第3至第5次依据焊杯长度均分。

8.根据权利要求1所述的卫星用微矩形电连接器激光焊接方法，其特征在于，所述电缆灌封具体为：将质量比4:1的E-51环氧树脂与固化剂离心脱泡混合均匀，对卫星用微矩形电连接器的插座焊杯与导线芯线部位进行全体密闭灌封。