145芯产品的结构和工艺

一.总体设计

本产品借用MIL-DTL-38999L三系列的外壳，组成145个簧片、插刀接触对，接触对间距为1.27，排为9行，每两行为一组，形成一个齿。插头的齿对应插座的齿槽，头座连接后形成犬牙交错的状态，见图一。

插头尾部连接各外接信号端口，各端口引线线长不超过1米。外接端口有多个USB口、串行通信口等。插头设计为装簧片，见图二。为便于装配和在工艺上可行，将145个簧片分为5组，制成5种簧片组件。每种组件的尺寸、形状、簧片的排列位置和数量都不同。簧片组件由注塑基座和簧片组成，图四至图八为五种簧片组件的注塑基座。插头基座为下部有5个矩形空腔的注塑件，每个空腔对应一种簧片组件。基座的外形为台阶圆柱形，下部的圆周上有一键与外壳的键槽配合，起到定位作用。插头部分另一个定位件是安装于插头外壳后端的圆形印制板，见图九，其作用有：在灌封环氧树脂时为簧片定位；另外是各个簧片与多个接口的信号线和接地线的转接板。

插座连接印制板，为直插焊装式，见图三。插座由金属外壳、塑料基座、导电插刀和印制板组成。塑料基座内有145个安装插刀用的方孔，其位置和插头簧片的位置对应。

本产品传输的信号为10Gbps，为防止信号的衰减和反射，在设计上采取了以下措施：

1）导电体基材为锡青铜，并采用较厚的金镀层，使直流阻抗小而稳定。

2）导电体采用等截面和平直设计，降低交流阻抗。

3）采用介电性能良好的绝缘材料，增加信号间的隔离度。

4）导电体在空间上交错排列，减少分布电容降低串扰。

5）用接地点隔离开每对信号线，就近接地。

二.零部件设计

1）外壳设计（因借用38999故从略）

2）绝缘基座设计。在产品性能要求中有：

阻抗---在1Ps的上升时间内，差异为100+/-10欧

串扰---小于-30db

插入损耗---小于1db

绝缘电阻---300VDC ＞300M

耐温----40--+175

综合上述要求，提示我们要找到一种注塑成型材料，其绝缘、耐温性能应符合要求，同时还要兼顾注塑工艺性和制件的外观。经过比较选用黑色PPS材料可满足要求。此材料在其他产品中有过应用，注塑工艺已经掌握，要点是注塑模具要加温。

插头基座见图十，外形为台阶圆柱形，上半部有五个齿，下部有五个凸字形方槽伸入齿内与齿等宽，凸字形槽是用来安装簧片组件的。基座下部圆周上有键，用于和外壳定位。

插座基座的外形与插头基座类似见图十一，五个齿的分布位置对应于插头基座的齿槽。插座基座内有145个方孔，用来安装插刀，其分布位置对应于插头簧片的位置。

图四至图八是簧片组件，各个组件的尺寸、含有簧片的数量和簧片的排列位置均不同，与插头基座装配后，各个簧片就排列为图二所示的正确位置。簧片为等截面，为了和印制板孔配合，尾部有一段变窄，尾尖设计为60度，便于穿入印制板的小孔。簧片的接触部弯曲成带圆角的V形，接触面应是冲压成型时的圆角面。

图九为插头印制板，形状为圆形切去高1毫米的弓形，厚 1.5毫米双面板。采用金属化孔，涂助焊、阻焊剂层。此板的作用是连接板，板上的0.6孔排列为九行，用于焊接插头簧片尾部，0.8孔用于焊接各个接口端的信号线，1.2孔用于焊接接口端的接地线。为便于就近接地，每对信号线两侧均有接地孔，每行的接地孔联为一体。

图十二为插座印制板，其尺寸、外形和对印制板的工艺要求同插头印制板。此板的作用是为插刀定位，包括XY方向和Z方向定位。板上的0.8孔排为九行，用于定位插刀。1.2孔为接地孔。与插头印制板不同的是，每对信号线两侧的接地孔都是单独的，并不与其他接地孔连接。

插刀为等截面设计，见图十三。由于其穿过印制板露在外壳的一段较长，选用了0.3厚的锡青铜带材，提高其强度。插刀为平直形，头部1.2毫米处有一15度弯，用于别入插座基座的槽内，防止其外张。插刀整体镀金，厚1.27微米。

三.工艺设计和实现方法

本产品的制造工艺有：外壳机加工、塑料件注塑、板材冲压加工和金属件镀涂等。这些工艺均为我厂多年来的典型工艺，不在赘述。下面主要论述涉及本产品的特殊工艺。

1）簧片连片的冲压成型工艺

图十四为簧片冲压加工形成的簧片连片带状成品，已完成镀金。冲压加工时采用导板浮动式精密冲压模，一次完成冲裁和簧片头部的弯曲成型。冲压成型后的簧片间距为产品要求的1.27毫米，簧片间有三个连接点。冲压完成后绕成卷，转入电镀工序。此工艺过程的关键在于冲压模具的设计和制造。并要求在模具前附有精密送料机构，在模具后附有带状连片的卷绕机构。

2）簧片组片的注塑工艺

在簧片连片卷上，按各簧片组件内所需的簧片数剪成簧片组片，将其安放在注塑模中的定位件上，进行注塑加工。此工艺不仅是完成注塑过程，还要在注塑过程中切掉簧片间的连接部分。这3个连接处，均设计在注塑部分外，目的是便于切去和切下的废料排出。簧片的下部设有两处连接点，目的是构成一个矩形孔，利用其在注塑时完成轴向定位。切除连接点的机构也是簧片连片的定位机构。此模具不同于一般的注塑模，附加了相当于冲压模的切除部分金属的功能，结构比较复杂，要有良好的设计和制造技术。

3）装配和环氧树脂灌封工艺

插头的装配和灌封过程为：

1）对准键槽，将插头基座装入外壳；

2）将各个簧片组件装入基座的对应空腔内；

3）用印制板定位各个簧片的尾部，灌入环氧树脂胶固定插头基座和各个簧片。灌封时应注意控制胶的液面，距印制板为2--3毫米，为印制板的焊点留出空间。灌封后垂直放置自然固化24小时。灌封时应注意印制板不可沾染上环氧树脂胶。

4）待环氧树脂固化后取下印制板，焊接各个接口端引线。注意：焊接前应将各接口端引线穿过尾附管件，以免焊接后接口端大头穿不过尾附管。

5）将焊接引线后的印制板装入外壳，焊接各簧片。

6）用万用表核对各点连接无误后，安装好尾附套管，用聚氨酯在尾附套管内灌封固定引线。

插头的装配和灌封过程为：

1）将插刀逐一装入插座基座孔内，插刀的前端弯曲15度处，插入基座的小槽内，使其与基座贴平。；

2）将插刀的尾部逐一装入插座印制板孔内，印制板顶住插刀尾部的台阶处使其与基座的端面贴平到位。

3）对准键槽，将插座基座、插刀和印制板一起装入外壳；

4）先用中蓝晨光DG-3S双组分环氧树脂胶，涂抹各个插刀和印制板孔处的缝隙，使其封闭。垂直放置自然固化24小时。此工序目的是防止后续的灌封工序，使环氧树脂胶灌入基座的孔内。

5）待涂抹的环氧树脂胶固化后，在印制板和外壳间的弓形缝隙处灌入流动性较好的环氧树脂胶，使液面和塑料基座的端面平齐。垂直放置自然固化24小时。

6）在上次的环氧树脂固化后，再继续灌入环氧树脂胶，以印制板上表面为基准，灌封厚为1.5-2毫米。垂直放置自然固化24小时。