半柔同轴电缆整体镀锡工艺的研究

光纤与电缆及其应用技术(Optical Fiber & Elect ric Cable)2010 年第2 期(No. 2 2010)生产工艺 半柔同轴电缆整体镀锡工艺的研究 范强 (珠海汉胜科技股份有限公司, 广东珠海519180) [摘要] 介绍了半柔同轴电缆的整体镀锡工艺 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 及过程控制,重点分析了影响整体镀锡效果的具体原因, 如编织线(镀锡铜线) 的质量、电缆的编织工艺、锡的质量、助焊剂的质量和模具的质量等。通过对原材料、工艺流程 以及各生产环节的严格控制,才能生产出镀层均匀,表面光亮,无针孔、黑斑,镀锡层与编织层结合紧密,耐弯曲性能 良好且产品质量及单线长度均有保证的半柔同轴电缆。 [关键词] 半柔同轴电缆;整体镀锡;表面处理;助焊剂 [中图分类号] TM248 [文献标识码] B [文章编号] 100621908 (2010) 022******* [收稿日期] 2009211204 [作者简介] 范强(1979 - ) ,男,珠海汉胜科技股份有限 公司助理工程师. [作者地址] 珠海市香洲区吉大建业一路隆城花园2 栋5单元103 室,519012 引言 半柔同轴电缆采用整体镀锡编织外导体,具有使用温度范围宽、使用频率高、衰减低、驻波系数小、屏蔽性能好等优异性能,而且弯曲性能也较好。随着数字微波通信技术、航空航天技术的不断发展,半柔同轴电缆在火箭、卫星、通信、导航、电子对抗、测控设备等使用射频信号的传输系统中,得到越来越广泛的应用。 目前,我国线缆行业半柔同轴电缆整体镀锡的生产主要采用工艺简单、设备价格低廉的热镀锡工艺。由于各生产厂家的热镀锡设备不尽相同,因而镀锡后的产品质量也各不相同,但大多存在锡层和编织镀锡铜线结合 不牢、易脱落,且针孔较多,表面光亮度不好等问题。 1 整体镀锡工艺流程及过程控制 为保证电缆的电气性能,半柔同轴电缆在编织镀锡铜线上镀一层薄薄的锡层,使其与编织层成为一个整体 的外导体,这是半柔同轴电缆生产的关键和难点。图1 为编织层整体镀锡半柔同轴电缆的结构示意图。半柔同轴电缆生产时应根据用户对于电缆弯曲性能和表面亮度的 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 选择合适的原材料和工艺,同时注意消除生产过程中的不利因素,使锡层的厚度均匀一致,以获得外观质量好、电气性能好、柔软性好的半柔同轴电缆。图1 编织外导体整体镀锡半柔同轴电缆的结构示意图半柔同轴电缆整体镀锡加工工艺流程为:放线、表面处理、助焊剂涂覆及预热、镀锡、冷却、牵引、收排线等七个步骤。以下按工艺流程分别陈述工艺要点以及注意事项。 1. 1 放线 放线是半柔同轴电缆整体镀锡工艺中的关键。放线速度不稳定易造成编织线抖动,会使镀层厚度不均,出现锡瘤、毛刺等质量问题。要保证放线张力稳定应做到以下几点:编织线排线均匀,松紧适中, 放线盘沿光滑;采用主动放线方式;在放线架与锡炉之间增设张力控制装置。 1. 2 表面处理 半柔同轴电缆整体镀锡工艺中的表面处理主要包括以下四个步骤:a. 除油。由于编织线(镀锡铜线) 在拉丝、镀锡过程中沾有各种油污,如矿物油、皂化油以及抗氧化油等,仅靠简单的清洗很难彻底清除,但不彻底去除油污,会造成编织线进入锡炉后易产生大量气泡,造成针孔,因此应采用除油剂将其彻底去除。b. 酸洗。编织线在拉丝、镀锡过程中由于表面静电而吸附大量的锡灰,并且易氧化,因此在编织线进入锡炉前宜采用适当的酸洗液进行清洗,去除线材表面的锡灰和氧化物,以保证锡层和编织线有良好的附着性。酸洗液为氯化锌、氯化铵、盐酸和水的混合液,它们的配比为1 ∶5 ∶10 ∶100 。c. 清洗。必须除去多余的除油剂和酸洗液,避免其进入助焊剂和锡炉,腐蚀镀层表面,导致线材氧化、发黄, 影响镀锡质量,应采用清水清洗。为保证清洗干净, 可采用超声波清洗。d. 吹干。最后用压缩空气吹干。 1. 3 助焊剂的选择、涂覆及预热 助焊剂是一种辅助焊接的化学物质,通常是由适量的表面活性剂、活化剂、成膜剂等溶解在适当的溶剂中混合而成的。助焊剂的作用主要是辅助热传导、去除氧化物、降低被焊接材质表面张力、去除被焊接材质表面油污、增大焊接面积、防止再氧化等几个方面,其中主要是去除氧化物与降低被焊接材质表面张力。助焊剂一般可分为无机型、有机型和树脂型。无机型助焊剂的化学作用强,助焊性能非常好,但腐蚀作用大,属于酸性焊剂。因为它溶解于水,故又称为水溶性助焊剂。无机型助焊剂主要成分是盐酸、氢氟酸或氯化锌、氯化铵等,其残留物具有严重的腐蚀性。有机型助焊剂的助焊作用介于无机型和树脂型助焊剂之间,它也属于酸性、水溶性助焊剂。含有有机酸的水溶性助焊剂以乳酸、柠檬酸为基础,腐蚀性小。松香型助焊剂是应用最广泛的树脂型助焊 剂,其主要成分是松香。由于它只能溶解于有机溶剂,故又称为有机溶剂助焊剂。松香在固态时呈非活性,只有液态时才呈活性,其熔点为127 ℃,活性可以持续到315 ℃,而锡焊的最佳温度为250~260 ℃,其处于松香的活性温度范围内,且它的焊接残留物不存在腐蚀问题,故松香型助焊剂广泛地应用于电子设备的焊接中。 由于助焊剂的种类繁多,供选择的空间很大,因此可根据实际的生产需要和工艺特点选择最合适的,但总体应符合GB/ T 9491 —2002 锡焊用液态助焊剂和SJ / T 11273 —2002 免清洗液态助焊剂的要求。半柔同轴电缆整体镀锡工艺对助焊剂的要求如下:a. 助焊剂应有适当的活性温度范围。在焊料熔化前开始起作用,在施焊过程中较好地发挥清除氧化膜、降低液态焊料表面张力的作用。助焊剂的熔点应低于焊料的熔点,但不宜相差过大。b. 助焊剂应有良好的热稳定性,一般其热稳定温度不小于100 ℃,可避免低温分解。c. 助焊剂的密度应小于液态焊料的密度,这样助焊剂才能均匀地在被焊金属表面铺展,呈薄膜状覆盖在焊料和被焊金属表面, 有效地隔绝空气,促进焊料对线材的润湿。d. 助焊剂的残留物不应有腐蚀性且容易清洗;不应析出有毒、有害气体;符合电子工业规定的水溶性电阻和绝缘电阻要求;不吸潮、不产生霉菌;化学性能稳定,易于贮藏。 为保证锡液和编织线有良好的附着性,在清洗、吹干后的编织线进入锡炉前一定要在其表面均匀涂覆一层助焊剂。通常助焊剂的涂覆方式有发泡法、表面沾浸法和喷雾法三种,其中最常用的是喷雾法。采用喷雾法涂覆助焊剂时,助焊剂被放置在一个密封的加压容器内,通过喷口喷射出雾状助焊剂涂覆在编织层表面,喷射器的喷射量、雾化程度和喷射宽度均可调节,可精确地控制涂覆的助焊剂量。由于喷雾法涂覆的助焊剂是雾状薄层,因此编织层表面的助焊剂分布非常均匀。同时,由于助焊剂完全密封在容器内,因而不存在溶剂挥发和吸收大气中水分的问题,这样保持了助焊剂的浓度(或有效成分) 不变,一次加入直至用完之前无需更换。因此,半柔同轴电缆整体镀锡工艺首选喷雾法涂覆助焊剂。在采用喷雾涂覆工艺时必须注意,由于助焊剂中含有较多的易燃性溶剂,喷雾时散发的溶剂蒸气存在一定的爆燃危险性,因此设备需要具有良好的排风设施和必要的灭火器具。 编织线涂覆了助焊剂后,进入预热工序,以挥发助焊剂中的溶剂,增强助焊剂的活性。由于常用的助焊剂是一种低固态含量、无卤素的助焊剂,其活性一般较弱,而且它的活性剂在低温下几乎不能起到消除金属氧化物的作用,随着预热温度的升高,助焊剂逐渐开始激活,当温度达到100 ℃左右时活性物质才被释放出来与金属氧化物迅速反应。另外,助焊剂中溶剂含量相当高(约97 %) ,若预热温度过低,溶剂就不能充分挥发,在编织线进入锡槽后,溶剂的急剧挥发会使熔融焊料飞溅而形成焊料球或焊接点实际温度下降而产生不良焊点。因此,半柔同 轴电缆整体镀锡工艺中助焊剂预热温度的控制是又一重要的环节,通常助焊剂的预热温度应控制在100 ℃左右,且应有足够的预热时间供溶剂充分挥发。 1. 4 镀锡 半柔同轴电缆镀锡铜线编织层整体镀锡工艺要获得良好的镀锡质量还应严格地控制镀锡过程的各项工艺参数,主要包括锡液温度、焊接时间、压锡深度和速度等。锡炉的温度对整体镀锡质量起着关键的作用,炉温偏低,锡液的黏度大,渗透能力就差,镀锡后编织线的表面毛糙,易出现针孔;炉温偏高,则镀锡后的编织线易发黄。经过反复试验发现,锡炉的温度以240~260 ℃为宜,可使编织层的整体镀锡表面镀层光滑、连续,厚度适中。当锡在锡炉中加热时,其表面氧化很快,造成了浪费,为避免浪费,可在熔化的锡液表面覆盖一层抗氧化油、抗氧化粉等,使其在锡液表面形成一层保护膜,将锡液表面与空气隔绝。锡与编织线结合的质量,除了与编织线表面酸洗质量有关外,锡液的纯度也是重要影响因素。因此,应定期检测锡液的成份,并及时更新,以保证镀锡质量。 1. 5 冷却 半柔同轴电缆整体镀锡工艺中可根据不同的生产情况选择不同的冷却方式。对于线径较小的半柔同轴电缆,宜采用空气冷却,生产中控制好牵引装置和镀锡编织线出锡炉之间的距离即可;对于线径较大的半柔同轴电缆,采用风冷却方式较好,可以有效避免镀锡后编织线因冷却不够在收线后产生线间粘锡现象,保证整体镀锡成品 线的表面质量。 1. 6 牵引及收线 半柔同轴电缆整体镀锡工艺中应依据线径确定牵引和收线的速度,同时也应考虑镀锡层厚度及镀锡编织线在锡炉中的耐受时间。通常生产过程中的牵引速度应控制在10~20 m/ min 为宜,牵引速度太快,会导致镀层过厚,不均匀,同时也增加了生产成本;速度过慢,则镀层太薄,易出现针孔。 2 影响整体镀锡质量的因素 通常影响半柔同轴电缆整体镀锡质量的因素有:编织线的质量、电缆的编织工艺、锡的质量、助焊剂的质量和模具的质量等。 2. 1 编织线的质量 由于半柔同轴电缆的外导体编织密度通常较大( > 95 %) ,因而对镀锡铜线编织线的要求比较高,除满足电导率、抗拉强度、伸长率以及镀锡层厚度的要求外,还要求其每轴编织线的质量大致相同,不能有断丝、表面氧化等质量问题,以有效降低编织过程中的断线率,提高编织效率,减少浪费。有人认为编织层在镀锡之前要经过酸洗,因而无视编织线表面的油污,但实际上短时间的酸洗无法完全清洁编织线表面的油污,导致编织层整体镀 锡后的锡层和编织层结合不牢,易脱落,且针孔较多,故应尽量减少编织线表面的油污。在半柔同轴电缆的生产中应采用高质量的镀锡铜线编织线,才能获得高质量的整体镀锡编织外导体。 2.2 电缆的编织工艺 编织的质量对电缆连续长度、电缆的表观质量、电缆的驻波性能有很大的影响。为了保证电缆的电气性能,电缆绝缘外面的编织外导体应平整、光滑、紧密、无断线、漏编、突起等缺陷。在编织开始前,应保证编织单丝的尺寸和延伸率、抗张强度符合要求并具有良好均匀性;在并丝时应保持适当的张力,以确保并丝整齐、均匀。编织单丝质量或者并丝质量不好将会导致编织时断线、跳线,最终导致电缆性能变差。为了保证编织质量和提高生产效率,最好采用性能优越的高速编织机并选择合适的编织节距。在半柔同轴电缆的生产中,平整、光滑、紧密、无断线、漏编、突起的编织外导体有利于获得高质量的整体镀锡成品线。 2.3 锡的质量 锡的质量也将直接影响整体镀锡编织外导体的质量。如果使用低纯度的锡锭或市场中的杂锡,则生产过程中锡炉的温度不易控制,容易导致整体镀锡编织外导体的锡层合金化,影响锡层的连续性和附着性,且由于杂质过多,易造成镀锡表面质量问题,影响整体镀锡编织外导体的长度。因此,为了保证整体镀锡的质量和环保要求,应采用纯度大于99. 9 %的无铅锡或其他质量更高的合金锡。 2.4 助焊剂的质量 助焊剂是整体热镀锡工艺不可缺少的辅助材料,其作用极为重要,在整体镀锡过程中使锡层与编织层紧密 结合,表面色泽光亮、均匀。因此,助焊剂的质量对镀锡效果起着决定性的作用。若助焊剂选择不当,易造成整体镀锡编织外导体脱锡、黑斑、锈蚀以及色泽暗淡、毛刺等质量问题。 2. 5 模具的质量 模具也是影响整体镀锡编织外导体质量的重要因素。如模具表面光滑,则镀层表面细致、均匀;如模具表面粗糙,则镀层会出现裂纹、划伤等问题。在整体镀锡工艺生产中要注意对模架角度的调整,以保证锡炉中的压线支点、模具中心点及导轮上的支撑点在一条直线上。模具的孔径也是影响整体镀锡成品线质量的一个关键因素。如模具孔径偏小,易造成张力过大,编织外导体抖动频繁,镀层厚度不均;如模具孔径偏大,则锡层偏厚,影响镀层的质量, 且耗锡量增加,成本提高。经过生产试验及对产品性能的测试,刮锡模的孔径应比编织层外径大0. 1 mm 左右为宜。 3 整体镀锡工艺常见问题及原因整体镀锡工艺常见的质量问题有: a. 发生脱锡、编织层局部漏镀,其原因可能是助焊剂活性过低或编织网表面有油污、锡灰,可通过更换助焊剂和加强除油、清洗等方法解决。 b. 锡层表面发黄,其原因可能是锡温过高或锡的质量较差,可通过降低锡温和更换锡等方法解决。 c. 锡层表面不均匀,有锡瘤,这可能是由放线张力不稳、模具过大以及生产速度过快等因素造成,可通过调整放线张力、更换模具和降低生产速度等方法解决。 d. 锡层表面粗糙、锡层过厚,这可能是因模具被划伤、生产速度过慢以及模具过大等因素造成,可通过更换模具和提高生产速度等方法解决。 e. 锡层过薄,其原因可能是模具过小或生产速度过慢,可通过更换模具和提高生产速度等方法解决。 f . 镀层表面有针孔,其原因可能是锡温过低或生产速度过快,可通过升高锡温和降低生产速度等方法解决。 综上所述,实际生产过程中常常因设备、原材料、工艺等因素造成脱锡、编织层局部漏镀、裂纹以及锡瘤等问题。因而,我们应通过对原材料、工艺流程以及各生产环节的严格控制,避免上述问题的产生,才能生产出镀层均匀,表面光亮,无针孔、黑斑, 镀锡层与编织层结合紧密,耐弯曲性能良好,且产品质量及单线长度均有保证的半柔同轴电缆。由于设备和工艺的异同,实际生产过程中影响半柔同轴电缆镀锡质量的因素还有很多,以上只是笔者的几点心得,供同行参考。 [ 参考文献] [1 ] 舒光明. 镀锡工艺学[M] . 北京: 机械工业出版社, 1989. [2 ] 镡坤. 镀制工艺学[M] . 北京:机械工业出版社,2001. [3 ] 杨延安. 整体镀锡外导体半柔同轴电缆[J ] . 光纤与电缆及其应用技术,2005 (4) :19—22. (上接第21 页) 图5 混响室体积与其工作频率下限的关系套设备的成本较为低廉,其缺点是受均匀场强区域的限制,在实际测试中,往往需要将内导体尽量往箱体内的顶板倾斜,从而获得较大的测试空间。但由于射频同轴电缆及组件的体积一般都不大,所以利用GTEM 小室来测量射频同轴电缆的屏蔽衰减是非常合适的,因此, 在射频同轴电缆屏蔽衰减的测试中,它正发挥着越来越大的作用。综上所述,在对电缆进行全频段的屏蔽衰减测量时,应分频段采用相应的测量方法。 [ 参考文献] [1 ] MUELL ER J . Cable shielding test methods : a comparison of different test methods[C]/ / Proceedings of IEEE International Symposium on Elect romagnetic Compatibility. [ S. l. ] : IEEE Press , 2007 :126. [2 ] 方耿,蒋全兴,周忠元. 功率吸收钳法测量射频同轴电缆屏蔽衰减[J ] . 安全与电磁兼容,2006 (1) :12214. [3 ] 舒志强,吴淑忠. GTEM 小室性能测试方法[J ] . 电子质量,2008 (10) :65267. [4 ] 戴燕飞,邵武. 连接器和电缆电磁屏蔽效果的测试方法[J ] . 机电元件,2006 (3) :37240. [5 ] 周香,蒋全兴,曹锐. 混波室法电缆屏蔽性能测试分析[J ] . 测控技术,2008 (10) :83285. [6 ] 郑星,樊友谊. 大型微波混响室及其设计研究[J ] . 电子测量技术,2008 (10) :35238. [7 ] 朱荣华,李谦若. 表面转移阻抗的测量———三同轴方法[J ] . 光纤与电缆及其应用技术,2005 (4) :8211. ·28 ·光纤与电缆及其应用技术2010 年第2 期