王 永，彭澤輝，孫雪松，胡明興

(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽，550009)

1 前言

矩形密封連接器一般作為關(guān)鍵零件，主要用于模塊密封、真空和極限溫度等環(huán)境，要求產(chǎn)品具有高的氣密性、高的電絕緣性能、高的可靠性、超微間距和較低的成本。

要滿足高的電絕緣性能，可選的絕緣材料有塑料、玻璃和陶瓷，塑封產(chǎn)品很難保證高的氣密性、耐溫較差，且長時間使用后，產(chǎn)品容易老化導(dǎo)致性能顯著劣化。陶瓷金屬封接產(chǎn)品很難保證超微間距、且成本較高。采用玻璃金屬封接可以較好的滿足上述指標要求。

矩形密封連接器經(jīng)過高溫燒結(jié)后，還需進行磨削及電鍍，產(chǎn)品加工工序多，且涉及到兩個特殊過程，產(chǎn)品合格率較低，僅80%。因此，本文針對矩形密封連接器制備過程的常見問題進行分析，并采取針對性措施，對提升產(chǎn)品合格率，減低成本，增強市場競爭力，具有重要意義。

2 制備流程

矩形密封連接器制備流程見圖1，包括金屬零件的預(yù)處理，模具的處理，玻璃珠的設(shè)計及購買，組裝燒結(jié)，標刻，磨削，溫沖，電鍍和性能檢測等幾個方面。涉及的工序較多，每道工序處理不當，都可能導(dǎo)致產(chǎn)品性能批次不合格。

圖1 矩形密封連接器制備流程圖

3 常見問題及控制措施

矩形密封連接器常見的問題有偏心、氣泡、玻璃飛濺、尺寸不良、石墨粘附、標刻不良、磨削、電性能不良、鍍后外觀不良和密封性不良等。

3.1 偏心

偏心是矩形密封連接器燒結(jié)后的一個常見問題，如圖2所示。從產(chǎn)品的中心向兩端偏心程度逐漸增加，且芯數(shù)越大的產(chǎn)品，偏心越嚴重。導(dǎo)致偏心的原因較多，與材料的熱膨脹特性，模具設(shè)計，玻璃珠設(shè)計以及產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點等有關(guān)。

圖2 燒結(jié)后出現(xiàn)偏心

在升溫至高溫的過程中，由于外殼金屬材料的線膨脹系數(shù)增加速率比石墨模具快，導(dǎo)致外殼尺寸膨脹增加量比石墨材料大，使外殼與引線發(fā)生相對移動，在高溫時由于玻璃處于熔融狀態(tài)，外殼屬于相對自由膨脹，隨后冷卻時，由于玻璃冷卻固化，外殼收縮受到阻礙，導(dǎo)致燒結(jié)后偏心。

在模具設(shè)計時，為了減少封接應(yīng)力，防止金屬粘接石墨，模具凸臺的設(shè)計尺寸比外殼內(nèi)腔小，模具孔徑比引線直徑大，當模具孔徑設(shè)計尺寸過大或凸臺外形過小或引線尺寸走下極限時，組裝后外殼和引線在燒結(jié)過程中，會在燒結(jié)網(wǎng)帶抖動下發(fā)生移動，導(dǎo)致燒結(jié)后偏心。

為了避免封接氣泡，玻璃珠設(shè)計外徑尺寸比封接孔內(nèi)徑小，玻珠內(nèi)徑尺寸比引線大，當玻璃、引線和外殼孔徑都走極限時，燒結(jié)后會偏心。

產(chǎn)品芯數(shù)較多，外殼尺寸較長時(例如37芯)，燒結(jié)后往往偏心嚴重，因為外殼相對石墨模具的移動量與外殼的長度密切相關(guān)(近似正比關(guān)系)。

當以上條件都控制不當時，累計公差導(dǎo)致的偏心將會使產(chǎn)品報廢。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)原因?qū)е碌钠模瑥墓に嚱嵌壬袩o有效的辦法可以解決，只能通過優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計結(jié)構(gòu)；模具和玻璃珠設(shè)計不合理導(dǎo)致的偏心，可以通過優(yōu)化模具和玻璃珠尺寸，來減少或避免此類因素導(dǎo)致的偏心問題。

3.2 氣泡

氣泡也是矩形密封連接器常見的問題，氣泡大小不一，位置不固定，既有內(nèi)部氣泡也有表面氣泡，如圖3所示。氣泡的產(chǎn)生與玻璃材質(zhì)、玻璃珠的設(shè)計、封接結(jié)構(gòu)、金屬零件的預(yù)處理、金屬零件的氧化等有關(guān)。

圖3 氣泡

矩形密封連接器的單邊封接厚度較小，僅0.25mm，一般采用透明的玻璃拉管進行燒結(jié)，所選用的玻璃管有DM308、7052和RG47，其中DM308和7052封接后氣泡相對較多，RG47封接后氣泡較少。

當設(shè)計的玻璃珠內(nèi)徑偏小或外徑偏大時，燒結(jié)后因加熱過程中，玻璃表面升溫快先熔化，與金屬封接后，堵塞了內(nèi)部氣體排出的通道，從而在封接玻璃內(nèi)部形成封閉的單個大氣泡或密集的連續(xù)的氣泡。

當產(chǎn)品設(shè)計的封接高度較高時，比如2mm或更高時，因密封連接器的外徑較小，玻璃管都比較薄，在高溫時軟化速度很快，而玻璃導(dǎo)熱系數(shù)差，表面玻璃先到位軟化后，阻礙內(nèi)部氣體溢出，一般會導(dǎo)致貫穿的內(nèi)部大氣泡。

玻璃金屬封接前需要對金屬零件進行預(yù)處理，包括除油和凈化。當金屬零件除油不徹底時，封接后往往出現(xiàn)黑色的大氣泡。凈化時一般采用氫氣保護，也可采用真空凈化，當保護氣體流量較低、水汽含量較高時或真空度不足時，封接后會產(chǎn)生大氣泡。

玻璃金屬封接前還需要對金屬進行氧化處理，采用不同氣氛氧化，會得到不同成分的氧化膜，當采用N2+H2O氧化時，氧化膜以四氧化三鐵為主，采用空氣氧化時，氧化膜以鐵的氧化物為主，為三層氧化膜，不同的氧化膜結(jié)構(gòu)與玻璃的潤濕性不同，當四氧化三鐵含量越低，三氧化二鐵的含量越高時，玻璃與金屬的潤濕角就越小，反之則越大[1]；氧化膜厚度與氧化溫度和氧化時間有關(guān)，氧化溫度越高，氧化時間越長，氧化膜越厚。當氧化層表面為三氧化二鐵且氧化膜較厚時，會導(dǎo)致封接界面產(chǎn)生大氣泡或密集的串狀氣泡。

要減少或避免氣泡，就要保證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和玻璃珠設(shè)計合理，玻璃珠選材適當，要嚴格控制金屬零件的氧化，特別是對氧化增重的監(jiān)控，Thomas,Ⅲ[2]認為最佳的氧化增重為0.02～0.07 mg/cm2。因影響氧化質(zhì)量的因素較多，包括來料質(zhì)量、氧化溫度、氧化時間、氧化氣氛和裝載量等，在參數(shù)固定的情況下，主要控制來料質(zhì)量和裝載量來保證單位氧化增重。

3.3 玻璃飛濺

玻璃飛濺是指燒結(jié)后附著在引線根部或外殼表面的玻璃細小玻璃珠，其大小和數(shù)量不固定，如圖4所示。玻璃飛濺與氧化、金屬零件表面狀態(tài)和熔封氣氛等有關(guān)。

圖4 燒結(jié)后附著的玻璃珠

金屬零件氧化越重，玻璃與金屬零件的潤濕就越好，就越容易產(chǎn)生飛濺。在高溫時，玻璃軟化，有的沿著金屬表面鋪展、反應(yīng)，冷卻后玻璃珠留在金屬表面，形成飛濺，有的因氣泡破裂，導(dǎo)致玻璃子飛濺至金屬表面形成孤立的玻璃子。

金屬表面越粗糙和熔封氣氛氧含量較高時，封接后容易產(chǎn)生飛濺，這是因為表面越粗糙，熔封氣氛氧含量越高，金屬表面在封接前氧化就越重，與玻璃潤濕性就越好，從而導(dǎo)致玻璃飛濺。

要避免或減少玻璃飛濺，就要嚴格控制氧化質(zhì)量，金屬零件的表面狀態(tài)和熔封氣氛。首檢燒結(jié)若飛濺嚴重，應(yīng)分析導(dǎo)致飛濺產(chǎn)生的原因，當為氧化過重時，應(yīng)酸洗凈化后重新氧化；當為金屬表面粗糙時，應(yīng)重新投料；當為熔封氣氛不當時，應(yīng)檢查并調(diào)整熔封氣氛。

3.4 尺寸不良

密封連接器燒結(jié)后有時會出現(xiàn)尺寸不良，主要是定位端尺寸不良，導(dǎo)致密封連接器尺寸不良的原因包括模具設(shè)計及加工不合理、模具孔堵塞和網(wǎng)帶抖動等。

模具孔徑設(shè)計或加工過小時，會導(dǎo)致組裝時，插孔裝不到底，從而導(dǎo)致燒結(jié)后，尺寸高低不平，不滿足圖紙要求；若有石墨顆粒、玻璃子或其他異物掉落在模具孔內(nèi)，會導(dǎo)致燒結(jié)后個別尺寸不合格；若燒結(jié)過程中，網(wǎng)帶發(fā)生故障而異常抖動時，也會導(dǎo)致燒結(jié)后產(chǎn)品尺寸不合格。

要避免或減少尺寸不良，模具應(yīng)設(shè)計合理，保證孔徑的最小值大于插孔上極限值，在加工模具的過程中，要及時更換鉆頭，防止因鉆頭磨損導(dǎo)致模具孔徑加工超下限值；在組裝前，應(yīng)先清理模具，對孔內(nèi)異物進行清理或標記不使用；在燒結(jié)過程中要隨時觀察網(wǎng)帶運行的狀態(tài)，防止因網(wǎng)帶異常，導(dǎo)致尺寸批次性不合格。

3.5 石墨粘附

密封連接器燒結(jié)后有時石墨粘接嚴重，如圖3-4所示。石墨粘接主要與模具設(shè)計和模具處理有關(guān)。

圖3-4 石墨粘接

玻璃在高溫下為軟化的熔體，在表面張力和潤濕力的作用下發(fā)生流動，填充插孔和外殼之間的縫隙從而實現(xiàn)封接，在流動過程中會與石墨模具表面接觸，將石墨表面的浮動雜質(zhì)包裹在玻璃表面，導(dǎo)致燒結(jié)后觀察到明顯的石墨粘接層。在模具設(shè)計時，若在模具表面增加一個小沉孔，則可以明顯減少石墨粘接；新加工的模具目測表面很光滑，燒結(jié)后石墨往往粘接嚴重，應(yīng)對模具表面進行處理，去除表面疏松層，適當增加模具粗糙度，以減少石墨的粘接。因此，要減少或避免石墨粘接，應(yīng)優(yōu)化模具設(shè)計，加強模具的預(yù)處理。

3.6 標刻不良

矩形密封連接器標刻不良包括標刻淺、標刻深、標刻斷字等，主要與零件表面狀態(tài)、操作方法、操作設(shè)備等有關(guān)。

金屬零件表面有油污或雜質(zhì)、設(shè)置功率較小時，會導(dǎo)致標刻淺或表刻斷字等問題，設(shè)置功率較大或多次標刻會導(dǎo)致標刻深，當設(shè)備故障時，常出現(xiàn)標刻斷字。針對標刻淺或斷字的產(chǎn)品需要用砂紙打磨后，重新標刻，當標刻深時，只能重新投料。

要避免或減少標刻不良，應(yīng)加強來料檢驗，對操作人員進行培訓(xùn)，加強首檢檢驗和過程抽檢，防止產(chǎn)品批次性不良。

3.7 磨削不良

矩形密封連接器磨削不良，主要有扁位拉傷、凹坑、扁厚、扁薄、扁長、扁短等，這與燒結(jié)定位尺寸、同軸度、砂輪表面狀態(tài)、磨削進給量和磨削速度等有關(guān)。

砂輪粗糙、或磨削進給量過大或磨削速度過快，往往會導(dǎo)致扁傷和凹坑缺陷等缺陷，燒結(jié)偏心時，會導(dǎo)致扁厚薄、長短不一致等問題。

因此，要提高產(chǎn)品的磨削質(zhì)量，降低磨削不良，一方面要保證燒結(jié)產(chǎn)品的尺寸和同軸度的一致性，另一方面，要控制好磨削參數(shù)，并及時修理砂輪。

3.8 電性能不良

矩形密封連接器電性能不良，包括絕緣不良和耐壓不良。電性能不良與設(shè)計結(jié)構(gòu)、燒結(jié)和電鍍有關(guān)。

實踐表明，封接厚度為2mm的產(chǎn)品電性能較差，封接厚度為1.4mm產(chǎn)品電性能相對較好；當設(shè)計的產(chǎn)品單邊封接厚度較薄時，往往會發(fā)生批次性的電性能不良或需要嚴格的清洗。我公司矩形密封連接器有J30JM系列，J32H/J148系列和J63A系列等，J30JM系列和J32H/J148系列產(chǎn)品由于單邊理論封接厚度只有0.25mm，鍍后容易出現(xiàn)電性能不良問題，J63產(chǎn)品因單邊封接厚度只有0.1mm，鍍后電性能問題更加凸出。

燒結(jié)后若有貫穿氣泡或嚴重的石墨粘接，往往容易導(dǎo)致耐壓不良，當產(chǎn)品設(shè)計外形較長時，封接后本身應(yīng)力較大，玻璃表面會產(chǎn)生微裂紋，鍍后容易導(dǎo)致性能不穩(wěn)定；鍍后清洗不干凈，往往會導(dǎo)致絕緣批次性不合格，絕緣不穩(wěn)定；若有爬金等缺陷，往往會導(dǎo)致耐壓不良。

要保證和提高產(chǎn)品的電性能，在設(shè)計方面應(yīng)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，保證合適的封接高度、封接厚度和封接長度；燒結(jié)后應(yīng)避免內(nèi)部貫穿大氣泡和嚴重的石墨粘接；鍍后加強清洗和酒精煮，以保證產(chǎn)品微縫殘留的鍍液能有效的清除，從而保證產(chǎn)品電性能的問題。

3.9 鍍后外觀不良

矩形密封連接器鍍后外觀不良包括內(nèi)腔缺鍍，起皮，孔黑，鍍層粗糙，金層發(fā)紅和爬金等，這與設(shè)計結(jié)構(gòu)，來料質(zhì)量、前處理和電鍍工藝參數(shù)控制不當?shù)扔嘘P(guān)。

內(nèi)腔及插孔(深盲孔)因電磁屏蔽效應(yīng)，電鍍質(zhì)量相對較差，鍍后容易出現(xiàn)缺鍍或起皮，若來料有高溫燒結(jié)后碳化的油污，在前處理時未清理干凈，或在電鍍過程中陰極不移動，電鍍后往往出現(xiàn)批次性不良；鍍層粗糙一方面與基體表面粗糙度有關(guān)，另一方面與電鍍參數(shù)的控制有關(guān)，電流密度過高，金濃度過高，溫度過高或雜質(zhì)含量過高等，都會導(dǎo)致鍍層粗糙。

要提高鍍后外觀質(zhì)量，要優(yōu)化設(shè)計，避免不合理的深盲孔結(jié)構(gòu)，加強來料檢驗，加強電鍍前處理，以及嚴格控制電鍍工藝參數(shù)等。

3.10 密封性不良

矩形密封連接器鍍后密封性不良，也時有發(fā)生。密封性與產(chǎn)品設(shè)計結(jié)構(gòu)、玻璃珠、氧化和電鍍過程等有關(guān)。

實踐表明，產(chǎn)品芯數(shù)越多，鍍后越容易漏氣，這是因為芯數(shù)越多，封接后本身應(yīng)力越大，這種應(yīng)力無法通過去應(yīng)力等后處理方法去除；封接玻璃珠目前主要通過外購，存在批次性不一致的情況，當封接玻璃珠比較差時(因成分波動導(dǎo)致玻璃本身封接強度較低或與金屬的潤濕性較差時)容易導(dǎo)致批次性封接不良；當氧化不當時，也會導(dǎo)致產(chǎn)品氣密不良；電鍍前處理不當，例如噴砂壓力過大，噴砂時間過長，酸洗時間過長，清洗時間過長和鍍后過清洗，都會導(dǎo)致產(chǎn)品密封性不良。

要減少或避免鍍后密封性不良，應(yīng)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，比如在封接芯數(shù)較多時，應(yīng)適當增加封接高度和厚度；針對玻璃珠來料不穩(wěn)定的問題，內(nèi)部應(yīng)建立特種材料入庫檢驗標準，保證來料的一致性；燒結(jié)過程應(yīng)嚴格控制預(yù)氧化；電鍍過程應(yīng)在保證產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，最大限度的縮短電鍍流程。

4 結(jié)束語

矩形密封連接器制備過程中常見的問題較多，比如氣泡、飛濺、偏心、石墨粘接、電鍍外觀不良和性能不良等。造成上述缺陷的原因較多，包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計、玻璃珠的設(shè)計、玻璃的材料、模具的設(shè)計加工和處理、金屬材料的表面狀態(tài)及預(yù)處理、氧化、熔封氣氛、磨削速率和進給量、砂輪表面質(zhì)量、電鍍前處理、電鍍的工藝參數(shù)和電鍍后處理等。

要保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和可靠性，在設(shè)計時，需要重點關(guān)注封接高度，封接厚度，封接材料，玻璃珠尺寸和封接芯數(shù)；燒結(jié)工藝重點關(guān)注模具設(shè)計、預(yù)氧化、封接參數(shù)和砂輪質(zhì)量；電鍍工藝重點關(guān)注前處理、電鍍工藝參數(shù)和后處理。只有上述各個環(huán)節(jié)嚴格控制，才能保證產(chǎn)品的合格率、質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性。