电子产品组装工艺 毕业论文.doc

毕业设计报告（论文） 报告（论文）题目：电子产品组装工艺 连接器的工艺优化 作者所在系部： 电子工程系 作者所在专业： 电子工艺与管理 作者所在班级： 0825304 作 者 姓 名 ： 谢福明 作 者 学 号 ： 20083025304 指导教师姓名： 杨虹蓁 完 成 时 间 ： 2011 年 6 月 10 日 北华航天工业学院教务处制 北华航天工业学院电子工程系 毕业设计（论文）任务书 姓 名： 谢福明 专 业： 电子工艺与管 理 班 级： 08253 学号： 20083025304 指导教师： 杨虹蓁 职 称： 讲师 完成时间： 2011.6.10 毕业设计（论文）题目： 电子产品组装工艺连接器的工艺优化 设计目标： 学习电子产品连接器工艺，了解连接器的构成、功能及其组装工艺。 技术要求： 1 了解连接器的性能 2 了解连接器的构成 3 了解连接器的种类 4 了解连接器的组装工艺 所需仪器设备：无 成果验收形式：工作总结、毕业答辩 参考文献： 最新连接器国家技术标准全书 、 电子工艺技术 、 电子产品世界 1 5周-6 周 立题论证 3 9周-13 周 工作实习时间 安排 2 7周-8 周 工作实习 4 14周-16 周 成果验收 指导教师： 教研室主任： 系主任： 北华航天工业学院毕业论文 i 摘 要 由于消费电子、汽车电子、物联网市场的快速增长以及全球连接器生产能力不断向 亚洲及中国转移，亚洲已成为连接器市场最有发展潜力的地方，而中国预计成为 全球连 接器增长最快和容量最大的市场。伴随着 2010 年市场转暖， “中国制造”又开始变热， 而连接器市场也因此火热，eeworld 采访了 fci 大中华区及韩国销售副总裁黄振声表 示，今年市场强势反弹是过去十年前所未见的，不过其也强调“2011 年将会是充满挑战 的一年。面对劳动及材料成本不断上涨，客户对价格的要求，市场的急速变化，令前景 充满不明朗因素，很具有挑战性。 ”连接器的工艺优化尤为重要。 关键词 连接器 连接器工艺 工艺优化 北华航天工业学院毕业论文 ii 目 录 第 1 章 绪论 .1 1.1 课题研究 1 1.2 连接器的功能 1 1.3 连接器结构 2 1.3.1 接触件 .3 1.3.2 绝缘体 .3 1.3.3 外壳 .3 1.3.4 附件 .4 1.4 电连接器的分类 4 1.4.1 相互连接的层次 .4 1.4.2 连接器规格的层次 .4 1.4.3 连接器的类别 .5 1.5 连接器的组装工艺流程 5 第 2 章 连接器的功能 .8 2.1 连接器的功能运用 8 2.1.1 信号传送 .8 2.1.2 电力应用 .9 第 3 章 总结 10 致谢 .11 参考文献 .12 附录 .13 北华航天工业学院毕业论文 1 电子产品组装工艺 连接器的工艺优化 第 1 章 绪论 1.1 课题研究 连接器是我们电子工程技术人员经常接触的一种部件。它的作用非常单纯：在电路 内被阻断处或孤立不通的电路之间，架起沟通的桥梁，从而使电流流通，使电路实现预 定的功能。连接器是电子设备中不可缺少的部件，顺着电流流通的通路观察，你总会发 现有一个或多个连接器。连接器形式和结构是千变万化的，随着应用对象、频率、功率、 应用环境等不同，有各种不同形式的连接器。例如，球场上点灯用的连接器和硬盘驱动 器的连接器，以及点燃火箭的连接器是大不相同的。但是无论什么样的连接器，都要保 证电流顺畅连续和可靠地流通。就泛指而言，连接器所接通的不仅仅限于电流，在光电 子技术迅猛发展的今天，光纤系统中，传递信号的载体是光，玻璃和塑料代替了普通电 路中的导线，但是光信号通路中也使用连接器，它们的作用与电路连接器相同。 1.2 连接器的功能 连接器的基本性能可分为三大类：即机械性能、电气性能和环境性能。 1机械性能： 就连接功能而言，插拔力是重要地机械性能。插拔力分为插入力和 拔出力（拔出力亦称分离力） ，两者的要求是不同的。在有关标准中有最大插入力和最小 分离力规定，这表明，从使用角度来看，插入力要小（从而有低插入力 lif 和 无插入力 zif 的结构） ，而分离力若太小，则会影响接触的可靠性。 另一个重要的机械性能是连接器的机械寿命。机械寿命实际上是一种耐久性 （durability）指标，在国标 gb5095 中把它叫作机械操作。它是以一次插入和一次拔出 为一个循环，以在规定的插拔循环后连接器能否正常完成其连接功能（如接触电阻值） 作为评判依据。 连接器的插拔力和机械寿命与接触件结构（正压力大小）接触部位镀层质量（滑动摩擦 系数）以及接触件排列尺寸精度（对准度）有关。 2电气性能： 连接器的主要电气性能包括接触电阻、绝缘电阻和抗电强度。 接触电阻 高质量的电连接器应当具有低而稳定的接触电阻。连接器的接触电阻 从几毫欧到数十毫欧不等。 绝缘电阻 衡量电连接器接触件之间和接触件与外壳之间绝缘性能的指标，其数 北华航天工业学院毕业论文 2 量级为数百兆欧至数千兆欧不等。 抗电强度 或称耐电压、介质耐压 是表征连接器接触件之间或接触件与外壳之 间耐受额定试验电压的能力。 其它电气性能 电磁干扰泄漏衰减是评价连接器的电磁干扰屏蔽效果,电磁干扰泄 漏衰减是评价连接器的电磁干扰屏蔽效果，一般在 100mhz10ghz 频率范围内测试。 对射频同轴连接器而言，还有特性阻抗、插入损耗、反射系数、电压驻波比（vswr ） 等电气指标。 由于数字技术的发展，为了连接和传输高速数字脉冲信号，出现了一类新型的连接器即 高速信号连接器，相应地，在电气性能方面，除特性阻抗外，还出现了一些新的电气指 标，如串扰（crosstalk） ，传输延迟（delay） 、时滞（skew）等。 3环境性能 常见的环境性能包括耐温、耐湿、耐盐雾、振动和冲击等。 耐温 目前连接器的最高工作温度为 200 （少数高温特种连接器除外） ，最低温 度为-65 。由于连接器工作时，电流在接触点处产生热量，导致温升，因此一般认为工 作温度应等于环境温度与接点温升之和。在某些规范中，明确规定了连接器在额定工作 电流下容许的最高温升。 耐湿 潮气的侵入会影响连接器的绝缘性能，并锈蚀金属零件。恒定湿热试验条 件为相对湿度 90%95%（依据产品规范，可达 98%） 、温度+40 20，试验时间按产 品规定，最少为 96 小时。交变湿热试验则更严苛。 耐盐雾 连接器在含有潮气和盐分的环境中工作时，其金属结构件、接触件表面 处理层有可能产生电化腐蚀，影响连接器的物理和电气性能。为了评价电连接器耐受这 种环境的能力，规定了盐雾试验。它是将连接器悬挂在温度受控的试验箱内，用规定浓 度的氯化钠溶液用压缩空气喷出，形成盐雾大气，其暴露时间由产品规范规定，至少为 48 小时。 振动和冲击 耐振动和冲击是电连接器的重要性能，在特殊的应用环境中如航空 和航天、铁路和公路运输中尤为重要，它是检验电连接器机械结构的坚固性和电接触可 靠性的重要指标。在有关的试验方法中都有明确的规定。 冲击试验中应规定峰值加速度、持续时间和冲击脉冲波形，以及电气连续性中断的时间。 其它环境性能 根据使用要求，电连接器的其它环境性能还有密封性（空气泄漏、 液体压力） 、液体浸渍（对特定液体的耐恶习化能力） 、低气压等。 13 连接器结构 一个基本的连接器包括四个部分： 北华航天工业学院毕业论文 3 接触件 绝缘体 外壳（视品种而定） 附件 图 1-1 结构图 1.3.1 接触件 接触件（contacts） 是连接器完成电连接功能的核心零件。一般由阳性接触件和阴 性接触件组成接触对，通过阴、阳接触件的插合完成电连接。 阳性接触件为刚性零件，其形状为圆柱形（圆插针） 、方柱形（方插针）或扁平形（插片） 。阳性接触件一般由黄铜、磷青铜制成。 阴性接触件即插孔，是接触对的关键零件，它依靠弹性结构在与插针插合时发生弹性变 形而产生弹性力与阳性接触件形成紧密接触，完成连接。插孔的结构种类很多，有圆筒 型（劈槽、缩口） 、音叉型、悬臂梁型（纵向开槽） 、折迭型（纵向开槽，9 字形） 、盒形 （方插孔）以及双曲面线簧插孔等。 1.3.2 绝缘体 绝缘体 绝缘体也常称为基座（base）或安装板（insert ） ，它的作用是使接触件按所 需要的位置和间距排列，并保证接触件之间和接触件与外壳之间的绝缘性能。良好的绝 缘电阻、耐电压性能以及易加工性是选择绝缘材料加工成绝缘体的基本要求。 1.3.3 外壳 壳体 也称外壳（shell） ，是连接器的外罩，它为内装的绝缘安装板和插针提供机械 保护，并提供插头和插座插合时的对准，进而将连接器固定到设备上。 北华航天工业学院毕业论文 4 1.3.4 附件 附件分结构附件和安装附件。结构附件如卡圈、定位键、定位销、导向销、联接环、 电缆夹、密封圈、密封垫等。安装附件如螺钉、螺母、螺杆、弹簧圈等。附件大都有标 准件和通用件。 1.4 电连接器的分类 电连接器的运用可以从两方面来考虑：电连接器用在何处，例如它装在设备上的位 置，以及如何运用，例如电连接器的功能是信号传输还是配电，其中电连接器用在何处 应优先考虑。 1.4.1 相互连接的层次 互连的层次 根据电子设备内外连接的功能，互连（interconnection）可分为五个层次。 芯片封装的内部连接。 ic 封装引脚与 pcb 的连接。典型连接器 ic 插座。 印制电路与导线或印制板的连接。典型连接器为印制电路连接器。 底板与底板的连接。典型连接器为机柜式连接器。 设备与设备之间的连接。典型产品为圆形连接器。 第和层次有某些重迭。在五个层次的连接器中，市场额最高的是第和第层次的产 品，而目前增长最快的是第层次的产品。 1.4.2 连接器规格的层次 按照国际电工委员会（iec）的分类，连接器属于电子设备用机电元件，其规格层 次为： 门类（family）例：连接器 分门类（sub-family ）例：圆形连接器 类型（type）例：yb 型圆形连接器 品种（style）例：yb3470 规格（variant） 北华航天工业学院毕业论文 5 1.4.3 连接器的类别 连接器产品类型的划分虽然有些混乱，但从技术上看，连接器产品类别只有两种基 本的划分办法：按外形结构：圆形和矩形（横截面） ，按工作频率：低频和高频（以 3mhz 为界） 。 按照上述划分，同轴连接器属于圆形，印制电路连接器属于矩形（从历史上看，印 制电路连接器确实是从矩形连接器中分离出来自成一类的） ，而目前流行的矩形连接器其 截面为梯形，近似于矩形。以 3mhz 为界划分低频和高频与无线电波的频率划分也是基 本一致的。 至于其它按用途、安装方式、特殊结构、特殊性能等还可以划分出许多不同的类型， 并常常出现在刊物和制造商的宣传品中，但一般只是为了突出某一特征和用途，基本分 类仍然没有超出上述的划分原则。 考虑到连接器的技术发展和实际情况，从其通用性和相关的技术标准，连接器可划 分以下几种类别（分门类）：低频圆形连接器；矩形连接器；印制电路连接器； 射频连接器；光纤连接器。 1.5 连接器的组装工艺流程 由于连接器的种类多，其组装工艺有所不同，根据生产厂家的设备先进与否，其组 装工艺要求不同。产品的组装工艺很大程度和客户的要求有关，和产品的使用环境有关。 以刚性针连接器为例：j18e25s 连接器 图 1-2 j18e25s 组装工艺结构图 北华航天工业学院毕业论文 6 图 1-3 连接器实物图 图 1-4 j18-25s 连接器组装工艺流程图 北华航天工业学院毕业论文 7 组装关键工序控制 以连接器 j18-25s 为例：1.控制内容，2 控制方式及程序。 1.控制内容：外壳、基座、接触件的装配关系，外壳、基座、接触件组装完成后应满足： 下基座的孔位号与上基座的孔位号相对应。 焊杯式接触件的焊杯朝向应按图示要求，焊接式焊杯方向分别朝外，直插印刷板 式不管。 外壳 a 梯形朝向外壳 b 保持一致。 所有的接触件在基座内能浮动，不被卡死。 控制方式及程序： 操作人员首先将上基座在左手上，基座有孔的一面朝下，左手大拇指紧靠基座的 梯形宽面，右手拿接触件的尾端，接触件的对接端向下，将接触件装入基座先装几座的 梯形窄面一排，再装基座的梯形宽面一排。每排组装时从左端开始逐个孔装入，接触件 的切扁面与上基座的切扁面一致，台阶应沉入上基座的沉孔内，组装基座宽面一排接触 面时，接触件的焊杯方向朝左手大拇指，组装基座窄面一排接触面时，接触件的焊杯方 向朝左手大拇指， （接触件尾端为直插式的装入下基座时，不考虑方向） 。 接触件组装完毕后，右手拿下下基座，下基座有孔位号的面朝上，梯形的宽面端 朝向大拇指装入，保证上、下基座完全贴合，此时下基座的 1 号孔位应在靠左手大拇指 一排的右边，否则错误，即孔位号保持一致。 下基座装入后，将外壳 a 的宽面朝左手大拇指，对接端朝下，将装好的接触件的 基座装入外壳 a 中，再将外壳 b 的梯形宽面朝左手大拇指套入下基座中，且外壳 a 外壳 b 完全贴合。 组装完毕后，用左手将外壳 a 外壳 b 紧贴合，用右手拨动调节接触件尾端保证所 有接触件在基座内能浮动。 每只产品组装完毕自检合格后逐个放入钢盘中，放入钢盘中的宽面应保持朝向一 致，本批产品组装完毕后，提交检验。 北华航天工业学院毕业论文 8 第 2 章 连接器的功能 2.1 连接器的功能应用 随着连接器应用范围的不断扩展，它们可根据其两大基本功能而分成：信号传输及 电传输两类。在电子应用领域这两类连接器的显著特点在于其端子上一定带有电流，在 其他的应用当中，端子所提供的电压将同样作为很重要的考虑对象，虽然同一种端子的 设计可同时作为信号和电量传输两种功用，但在多种相类似的接触方式的应用上来看， 许多电传输连接器在端子设计时仅仅把电量传输的需要作为唯一目的。 2.1.1 信号传送 信号传送可分为两类：仿真信号传送及数字信号传送。 不论仿真或数字信号连接器，其所需功能主要应能保护所传送的电压脉冲信号的完 整性，该完整性应包括脉冲信号的波形以及其振幅。数据信号在脉冲频率上与仿真信号 有所区别，其脉冲传递速度决定了所保护的脉冲的最大频率，数据脉冲的传递速度比一 些典型的仿真信号要快得多，有的脉冲在连接器中的传递速度已接近千亿分之一秒的范 围，在当今微电子技术领域中，通常把连接器当作一导线看待，因为与增长如此之快的 频率相关的波长能比得上连接器的尺寸。 当连接器或是一互相连络系统诸如一线缆装配被运用于高速数据信号传输中，相应 的对连接器性能的描述也就改变了。代替了电阻的特征阻抗以及互相连络系统中的串音 变得尤为重要。控制连接器的特征阻抗成为一大意识潮流，在线缆中便是对串音进行控 制。特征阻抗在连接器中之所以具有如此重要的地位，是因为电阻的几何外形很难做到 完全统一，加之连接器尺寸又很小，必须将串音的可能性最小化。在线缆中，几何形状 的控制较易实现，其特征阻抗也易控制，但是线缆的长度将有可能引起潜在的串音。 在连接器中控制特征阻抗是围绕这个理由而进行的，在典型的开放式端子区域，连 接器阻抗( 和串音 )是通过控制端子以合理的分布方式而达到的。于此类信号而言，接地 比率是这种分布的一种反映，接地比率减少了。当然，这样的结果就会减少可用于传送 信号的端子数目。与信号端子相关的理由位置是很重要的考虑因素。为了避免接地端子 的减少，具有整体的接地平面的连接器系统已经得到了中发展。前文中已经介绍过了微 条和条线的几何形状。整体的接地平面允许用于传递信号端子的使用，且能提高连接器 所有传递信号的密度。 北华航天工业学院毕业论文 9 2.1.2 电力应用 如前所述，在上下文提到的电连接器是必须传递电力的。通常其电压很低。通常用 到的是如下两种电力传递方法：专用于高水平的当前电力接触传递和并行信号接触。 它们每一种方法都有优有劣。 电力传输与信号传输相比有两点不同之处。第一点，也是 最明显的，是用于传递较高电流。信号传递的电流通常不超过 1 安培，最多也不会超过 几安培，而电力传输的电流可达到几十乃至几百安培。第二点是由于电流导致的焦耳热 而产生的温度升高。信号接触过程产生的焦耳热与周围的温度相差不多。相反地，电力 传输的比率又是基于温度的升高，温度的升高，又产生相应的比率电流。一次 30 度的 温度的升高通常作为一个电流比率的标准。 因此，为满足电流额定值及性能的稳定性要 求，控制焦耳热是很有必要的，这就需要在设计当中考虑信号传递的同时也要考虑电量 的传输。尤其对电阻大的端子，焦耳热是一重要因素，必须将其减小到最低程度，而且， 接触面的电阻也必须减小到最低程度，使其产生的热量最小化。从选材的角度来说，当 然是选择高导电率或是横截面积较大的端子以减小电阻，另外，增高传输电压或增加接 触面积亦可减小接触部分的电阻。 北华航天工业学院毕业论文 10 第 3 章 总结 电连接器（以下简称连接器）也可称插头座，广泛应用于各种电气线路中，起着连 接或断开电路的作用。提高连接器的可靠性首先是制造厂的责任。但由于连接器的种类 繁多，应用范围广泛，因此，正确选择连接器也是提高连接器可靠性的一个重要方面。 只有通过制造者和使用者双方共同努力，才能最大限度的发挥连接器应有的功能。 连接器所接通的不仅仅限于电流，在光电子技术迅猛发展的今天，光纤系统中，传 递信号的载体是光，玻璃和塑料代替了普通电路中的导线，但是光信号通路中也使用连 接器，它们的作用与电路连接器相同。于是连接器在生产和生活中起重要作用： 改善生产过程 连接器简化电子产品的装配过程。也简化了批量生产过程。 易于维修 如果某电子元部件失效，装有连接器时可以快速更换失效元部件。 便于升级 随着技术进步，装有连接器时可以更新元部件，用新的、更完善的元 部 件代替旧的提高设计的灵活性, 使用连接器使工程师们在设计和集成新产品时，以及用 元部件组成系统时，有更大的灵活性。 伴随电子产品的飞速发展，连接器的改进尤为重要： 改进生产流程，优化生产工艺。 优化制品尺寸的稳定