极细同轴排线激光焊接

韩 小 平

（武汉凌云光电科技有限责任公司 湖北 武汉 ４３０２０５）

摘 要：阐述一种线芯直径小于φ０．１ ｍｍ的极细同轴排线与连接器的激光焊接方式，由于线芯太过细软，且排线数量多达３０—５０根，因此，线芯与连接器的定位非常困难。通过利用ＴＲＩＺ理论，推出多种解决方案。

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关键词 ：同轴线；连接器；激光焊接；ＴＲＩＺ；压线

中图分类号：TG456.7 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６６５－２２７２．２０１5．09．０50

收稿日期：２０１5－02－15

０ 引言

随着科学技术的快速发展，电子产品越来越趋向小型化、微型化，极细同轴排线主要用在笔记本显示器与主板的数据传输、手机显示器与主板的数据传输、以及其他数字化终端的数据传输中。

极细同轴排线的功能主要是：在保证数据信息不受外界杂波干扰的前提下，对信号数据进行有效的传送。但是，由于整机的小型化，将导致所有器件必须小型化，包括数据传输的接插件（亦称连接器），也必须微小化，这将导致极细同轴排线与连接器的焊接难度大大的增加，几乎成了一个制约科技发展的技术瓶颈。文章将在ＴＲＩＺ理论的帮助下试图寻求找到最理想的解决办法。

１ 什么是极细同轴排线？

图１是极细同轴排线与连接器的工作图。

（参见图１）连接器２的作用主要是与电脑主板（或显示屏）连接的插接器件，而极细同轴排线１则是用于数据传输的线缆，它的线芯需要焊接在连接器１的焊盘上，同时，极细同轴排线２的屏蔽层还要焊接在连接器２的公共接地片上，从而保证数据的传输不丢失、也不受外界杂波的干扰。

极细同轴排线是一个很特殊的排线，说它特殊，主要是说它太过细软，那么，这种极细同轴排线到底有多细呢？（参看表１、图３）３８号线是一种笔记本电脑常用的线，其线芯直径为０．１ｍｍ，外被直径０．３ｍｍ，用３８号线组成的排线，其数量有３０－５０根之多。

１．１ 极细同轴排线与连接器焊接的技术难点

由于焊盘的宽度只有０．２２ｍｍ，焊盘与焊盘的中心距为０．４ｍｍ（参见图４），线芯直径为０．１ｍｍ。

技术难点就是：在保证极细同轴排线的线芯（１－４）与连接器焊盘（２－２）焊接牢靠、无虚焊，并且，排线的线芯之间无短路。

在没有进行激光焊接之前，用的是手工电烙铁焊接，但手工电烙铁焊接的成品率太低，效率太慢，搞不好就会短路，俗称“搭桥”，或是虚焊，还不易形成自动化生产。

基于上述，尝试用激光进行焊接是一种很好的技术探索。但是，对于极细同轴排线与连接器这样特殊的焊接，不能采用激光熔接焊，因为激光一照射到线芯，Φ０．１ ｍｍ直径的线芯立刻就会化为乌有，只能用激光软钎焊。

实现激光软钎焊的前提是：怎么样将多达３０—５０根之多的极细同轴排线与连接器焊盘一一对位准确，并且保证线芯能够很好的贴服在焊盘上？这将给激光焊接治具的工作原理提出了课题。

由于线芯太过细软，且排线数量又多达３０—５０根之多，这对治具就要有着特殊的要求，治具需要对极细同轴排线具有梳理、定型、压线的功能，从而保证激光焊接能正常进行。

１．２ 极细同轴排线与连接器实现激光焊接的初期方案介绍

根据极细同轴排线与连接器实现激光焊接的特殊要求，特研制了一种专用治具。但是，在使用中，发现存在一些具体的问题没有能够达到预期效果，可以说，是完全不能实现预期的设想，在此，先将这种专用治具做一个详细介绍，以便之后有者针对性的利用ＴＲＩＺ理论进行定向攻关。

２ 治具所存在的问题

以上描述的治具初期是按照预想而设计的，但在实际运用中却发现诸多问题，如：对排线梳理的问题、排线定型的问题、压线问题等。

２．１ 初期设计方案介绍

（参见图６）梳子机构４固定在基体３－１上。

（参见图７）载板（３－９）的前端顶住可以旋转的梳齿片，当旋转Ｙ向平移台调节旋钮（３－５）时，载板（３－９）将迫使梳齿机构旋转，直至完全藏于载板（３－９）之下。

（参见图８）每相邻的两片梳齿片（４－５）间隔着一片梳齿隔片（４－４）和压线凸轮片（４－６），形成梳齿结构，这样由多片梳齿和隔片间隔起来的“梳子”将由２个梳齿片铆钉（４－３）进行串接，形成一个整体。

（参见图８）压线凸轮片转轴（４－７）的转动，将带动压线凸轮片（４－６）一起转动，主要是将同轴线前端的线芯压一个向下的折弯，用以保证后续线芯能够平服的落在连接器焊盘。由于线芯很细、很软，且压线位置只能在外被末端，因此，为了让线芯能够平服的落在焊盘上，预先将同轴线的线芯折一个向下的弯是必要的。图５中的压线凸轮片就是起这个作用的，压线凸轮片的作用就是将线芯压出一个５°的弯折，以利于线芯放在焊盘上时，能够很好的贴服于焊盘。

（参见图８）整个“梳子”安装在梳理机构的基座４上，扭转弹簧４－１将迫使“梳子”按顺时针方向转动，一直靠在载板３－９的前缘（参见图７），这样，当载板前进时，将迫使“梳子”按逆时针方向转动，直至整个“梳子”完全藏于载板３－９之下。

２．２ 梳理机构的问题

由于排线太过细软，且数量多，间距密集，很难将３０根线芯平直的捋到梳齿机构中，而后进行梳理，Φ０．１ｍｍ的线芯稍微一碰就会被碰歪，用牙刷都很难将线芯刷进梳齿，梳齿的间隔是０．２ｍｍ，而牙刷刷毛的直径也是Φ０．２ｍｍ，有的刷毛甚至大于Φ０．２ｍｍ，于是，用牙刷是无法将３０根细软的线芯刷进梳齿。

不能对线芯进行梳理，这将意味着后续的工作无法进行，因为线芯无法平直的放在焊盘上，也就无法进行激光焊接。

３ 利用ＴＲＩＺ理论寻求解决问题的方法

对于目前的窘境，目前基本上没有什么好的思路，希望能通过ＴＲＩＺ理论帮助寻求一种好的方法，无论是从焊接方法、材料、对象形状等方面，只要是不合理的，都可以提出改进方案。

３．１ 待解决问题：

希望能解决极细同轴排线的梳理、定型、以及怎么压在焊盘上，实现激光焊接。

３．２ 最理想的ＩＦＲ：

不需要梳理、定型等功能，系统能自动进行梳理、定型、和压线。

３．３ ＣＡＩ分析

ＣＡＩ是一种将待发明问题解决理论、本体论、现代设计方法学、语义处理技术与计算机软件技术融为一体的技术，主要是用于引导我们进行问题的分析、发现问题、解决问题、最终实现技术创新。

利用Ｐｒｏ－Ｉ Ｄｅｓｋｔｏｐ Ｖ５软件，可做如下创新分析。

建立功能模型：

（参见图１０）在建立功能模型中，根据前面的叙述，作用对象我们确定为排线，同时我们还利用九屏幕法对排线进行了系统轴、时间轴的分析。

九屏幕法帮助我们梳理排线在时间轴、和系统轴的前后逻辑关系，这些关系罗列清楚之后，再来建立以排线为作用对象的功能模型时，就容易多了。

（参见图１０）可以看到有三个出现问号的作用线，即：１、理线—排线；２、压紧—排线；３、排线—连接器。

为什么会有这些问题呢？我们分别对其进行了因果轴分析，在不断的“为什么”询问下，我们得到了图１２的因果分析图（参见图１２）。

３．４ 通过系统裁剪得到的创新方法

裁剪的原则是：价值最低的组件、提供辅助功能的组件、实现相同功能的组件、据偶有害功能的组件。在本系统中，理线没能达到预期效果，甚至可以说完全不能完成理线的工作，首当其冲的要将其裁减掉，那么，理线被裁减掉之后，将有谁来完成理线的工作呢？最有可能的是剥线机，于是，暂且将理线功能交由剥线机完成。

剥线机将排线切开后，其将要去除的导线套管（外被）是具有很好的理线（引导）功能的，我们为何不加以利用呢？于是，我们想到，可以将这个未去除的套管暂留在线端，作为理线的引导，同时，再将线端的形状加以改变，这就很好的完成了理线功能。

方案描述：在剥线时，将需要去除的线管暂留在线端，用以保持线芯的理想状态，达到理线的结果，可以直接进行焊接，焊接完后，再去除多余的线芯和线管。

４ 通过查找知识库得到的创新方法

借鉴分析：这个例子中，有一套效果可靠地双压板结构，可以准确的将线两端卡住，从而保证线的定位。这个例子对我们这个系统具有一定的借鉴作用，于是，在本系统中，可以考虑在排线的前后两端进行双向的卡制，保证线芯能够很好的与焊盘接触。

方案描述：将剥线要去除的线管暂时留在线端，再用齿形压板对排线进行前后压制，保证线芯能够很好的贴服在焊盘上。

５ 结论

利用ＴＲＩＺ理论的分析，得出可用方案有两个，即：

１、通过裁剪方案，得到梳线功能交由剥线机来完成，即：剥线后在拔出外被时，不完全将外被拔掉，使之具有梳线功能。

２、借鉴知识库中的例子，借用齿形压板作为本机构的压线机构。

通过ＴＲＩＺ分析，将得出的这两种方案综合运用，得到了很好的效果。

（责任编辑 亢婷婷）