本發(fā)明屬于電子技術領域,涉及數(shù)據(jù)線纜及數(shù)據(jù)連接線制造領域,包括由C型C型鴨蹼狀芯線排構造的線纜、由此線纜制造的數(shù)據(jù)線,以及線纜制造方法和設備。
背景技術:
就數(shù)據(jù)線領域,事實上,除了通信協(xié)議標準制定外,所有的難點和成本集中在于線纜中的屏蔽技術,這包括屏蔽材料、屏蔽結構、屏蔽接地三個部分。還有就是在線纜和連接器接駁時,屏蔽的恢復和接地問題。數(shù)據(jù)線質(zhì)量的好壞,傳輸速率的高低,完全制約于屏蔽技術的高低。受制于工藝水平和其它成本因素,做到實用化,就需要對屏蔽技術做必要的優(yōu)化或折中處理。
現(xiàn)有的數(shù)據(jù)線制造技術,材料-結構-性能-工藝-成本之間還沒有發(fā)現(xiàn)一個整體解決方案能夠比較理想的解決上面一些相互制約的問題。
比如說,為了提升傳輸性能,比如達到5Gb S時,線纜的屏蔽結構尤為關鍵,所以,在USB3.1數(shù)據(jù)線設計中使用極細同軸線,該線為芯線導體外包特氟龍,再外包鋁麥拉,再外包編織網(wǎng),芯線成本極高,而且,在和連接器連接時,接駁區(qū)域的屏蔽必須恢復,所有眾多的屏蔽都必須有效接地,這些都導致接駁時的困難和巨大的人工成本。甚至無法使用機器生產(chǎn),至少無法滿足自動化設備生產(chǎn)。所以說,結構設計工程師采用了各種各樣的屏蔽技術去增強和固化線纜性能,然而,很多環(huán)節(jié)是無法用機器去高速高質(zhì)量制造的,都是依靠人工完成的,這又帶來人工作業(yè)的質(zhì)量離散型或人工成本居高不下。
再比如說,為了良好屏蔽,線纜外部的總線屏蔽都采用編織網(wǎng)和膜屏蔽結構,這些材料如何處理和接地,現(xiàn)有的技術方案就沒有很好解決,現(xiàn)有的總線屏蔽的鋁麥拉復合膜的繞包方式是鋁膜面朝外接觸金屬編織網(wǎng),依靠編織網(wǎng)接地實現(xiàn)鋁麥拉接地,然而,編織網(wǎng)接地本身就存在處理起來繁瑣和接地可靠性不高的問題,鋁麥拉這樣的布置,也無法采用激光切割破斷和去除,然而采用人工和刀片方式去除效率十分低下。
再比如,為了實現(xiàn)芯線的屏蔽和屏蔽接地,線纜內(nèi)部配置了多組數(shù)據(jù)通道時,各自都有自己的屏蔽和接地,出現(xiàn)了結構的冗余和制造成本的高企。
再比如,對于用戶移動使用的數(shù)據(jù)線,比如手機充電和數(shù)據(jù)傳輸兼?zhèn)涞腢SB連接線,通常需要是柔軟的線纜,而用戶固定配置使用的數(shù)據(jù)線沒有柔軟性方面的要求,例如HDMI數(shù)據(jù)線,完全可以是采用扁線,因為扁線的最大特點就是芯線排布的規(guī)則性,從而使得制造工程和制造設備簡單化。這就需要進行差異化設計,在用途-性能-成本之間尋找最優(yōu)的解決方案。
現(xiàn)今USB協(xié)會推出的USB3.1方案,是一個終極的廣泛兼容性的技術方案,既要具有圓線柔軟性的一面,又要具備多個高速數(shù)據(jù)通道且小線徑的高密度配線特性,再配合迷你的type-C連接器的約束,因此,USB3.1制造技術就凸顯滯后的尷尬局面,要實現(xiàn)自動化生產(chǎn)是當前擺在數(shù)據(jù)線制造領域的工程課題,制造成本高企自然毋庸置疑。
還有,在現(xiàn)有技術中,對應于數(shù)據(jù)線圓線,無一例外的都還在進行著人工分揀和定置芯線,實現(xiàn)芯線焊端有序化,滿足和對應的連接器焊腳裝配焊接要求。尤其對于芯線數(shù)量較多的數(shù)據(jù)線,例如HDMI、DP、USB3.1,等等,有多達20條的芯線配置,而在數(shù)據(jù)線制造中,分排線這一個環(huán)節(jié)的人工成本占到了整個人工成本的近50%。
技術實現(xiàn)要素:
概念和術語:
XYZ直角坐標系,為方便敘述和理解,需要統(tǒng)一概念,本文所有說明和附圖統(tǒng)一使用一致的直角坐標系方向約定,其中X為線纜芯線軸線方向,Y為芯線排陣列方向,Z為芯線排疊層方向。
鋁麥拉復合膜,也稱鋁箔麥拉,也稱鋁箔麥拉復合膜,是一種電磁屏蔽用商品帶材,通常是由5-50微米厚的鋁箔和5-50微米厚的麥拉膜復合貼附在一起形成的均質(zhì)雙層復合膜。
鋁麥拉復合膜封套,也稱屏蔽膜封套,是指,由鋁膜層和麥拉層復合在一起形成的雙層均質(zhì)鋁箔麥拉繞包帶、或者由繞包帶復構形成特殊性能的復構繞包帶,繞包帶或復構繞包帶螺旋繞包在一個實體幾何上后,形成金屬膜閉合截面的筒狀膜結構,這種封套的內(nèi)外兩面之間可能電連通,也可能電絕緣。
總線屏蔽,總線是指線纜中所有的導體集中在一起形成的芯線集合,總線屏蔽就是指位于總線外部的屏蔽結構。
整體屏蔽,通過屏蔽結構的改進,在線纜內(nèi)部實現(xiàn)總線屏蔽膜封套和芯線屏蔽膜封套通過封套外表面的徑向接觸能夠相互電導通,從而獲得整個線纜屏蔽的一體化結構,達到可以簡化屏蔽接地結構的目的。
本發(fā)明的目的,就是提供一種高性價比的數(shù)據(jù)連接線,就是要從線纜的結構入手,結合線纜制造方法和數(shù)據(jù)線制造方法,瞻前顧后、統(tǒng)籌考慮,尋找性價比較高的數(shù)據(jù)線制造的整體解決方案。
當然,涉及優(yōu)化就這離不開現(xiàn)有的工藝技術水平的基礎背景,包括人工成本的節(jié)約和設備投資付出之間的平衡。從方法論上講,自動化制造的過程,要求從原料初始狀態(tài)到每個工序直至最后成品的有序化、規(guī)則化。據(jù)此指導思想出發(fā),我們來設計創(chuàng)造全新的線纜結構和數(shù)據(jù)線結構,最大限度滿足自動化生產(chǎn)需要。為了解決上述技術問題,需要在兼顧數(shù)據(jù)線屏蔽性能和制造工藝性方面進行突破。
本發(fā)明針對性的解決以下問題:
1)線纜芯線的規(guī)則化排布,免除數(shù)據(jù)線制造中的人工分揀和排線工序,簡化芯線線端處理的裝置和步驟;
2)重構芯線的屏蔽膜結構,尋找一種能夠自動化連續(xù)生產(chǎn)的包膜技術方案,而且,達到或接近同軸線的效果,但回避現(xiàn)有同軸線結構高貴的造價;
3)充分考慮現(xiàn)有屏蔽中使用的高效廉價的屏蔽膜材料為鋁麥拉復合膜,切割去除此麥拉的方法就是高效廉價的CO2激光器切割;
4)優(yōu)化或簡化現(xiàn)有數(shù)據(jù)線中繁瑣冗余的屏蔽接地結構和工藝。
在線纜芯線和連接器接駁時,芯線焊端的屏蔽必然被解除,但屏蔽空缺長度應該盡可能的小,越小越好。
在優(yōu)化結構工藝性的同時,改進的結構還有充分考慮滿足線纜的彎曲柔軟性和彎曲變形時屏蔽膜的抗龜裂性。
為此,本發(fā)明從線纜的芯線和芯線屏蔽結構入手,提出了一種C型鴨蹼狀芯線排概念,并構建了線纜,以及由此線纜構建的數(shù)據(jù)線。
這種C型鴨蹼狀芯線排具備:芯線排序和定位、能夠密實集成包容在圓線線纜內(nèi)、有良好鋁麥拉屏蔽和屏蔽接地方案,現(xiàn)有的CO2激光器屏蔽膜切割脫除機能夠順利脫除。做到了這些,就做到了保持高效屏蔽性的前提下實現(xiàn)了線纜的物美價廉。
這種C型鴨蹼狀芯線排具有如下的技術特征:
所述C型鴨蹼狀芯線排結構是,帶屏蔽膜封套和/或無屏蔽膜封套的芯線線包通過一個聯(lián)結膜帶形成的鴨蹼結構聯(lián)結在一起,在C型鴨蹼狀芯線排處于展平狀態(tài)時,所有的芯線處于同一個平面內(nèi)平行陣列成為一個芯線排,芯線導體之間以及芯線線包之間有預設的間隔,芯線線排面的至少一個側面有聯(lián)結膜帶,但聯(lián)結膜帶不能介入本芯線排內(nèi)的芯線之間;所述聯(lián)結膜帶是可CO2激光切割的塑料薄膜帶;
所述芯線線包可以是一根或多根芯線扁平陣列的集合,所述芯線可以是,芯線A,單根金屬線裸導體,或者是,芯線A1,單根金屬線導體外包絕緣,或者是,芯線B,多根金屬線合股加捻的裸導體,或者是,芯線B1,多根細金屬線合股加捻的裸導體外包絕緣,或者是,芯線C,配位占空用的塑料線。
進一步地,C型鴨蹼狀芯線排結構中的所有的芯線線包屏蔽膜封套,是鋁麥拉復合結構,其中鋁麥拉復合膜封套的內(nèi)外表面均有導電區(qū)域且導電區(qū)域相互電導通;所有屏蔽膜封套具有最大麥拉膜面積的一面朝向線纜的外表面。
進一步地,所述C型鴨蹼狀芯線排中的聯(lián)結膜帶有橫向跨越芯線線包封套的導電膜條,用于將各個線包的屏蔽膜封套電連接導通,并且和屏蔽接地芯線電連接導通。當聯(lián)結膜帶沒有導電膜條時,線纜中的所有屏蔽接地結構就是現(xiàn)有技術狀態(tài),無法簡化或省卻冗余的屏蔽地線。
進一步地,所述的芯線線包屏蔽膜封套是一種鋁麥拉復合膜帶構筑的搭接包裹結構,最小搭接量要滿足在芯線線包隨線纜彎曲變形時導致的搭接處錯層滑移時仍然有鋁膜層的重疊。
由此可見,當C型鴨蹼狀芯線排結構中,芯線線包全部具有鋁麥拉屏蔽膜封套時,并且每個線包封套中只有一個芯線時,就是USB3.1中涉及的同軸線的結構,當每個線包封套中只兩根芯線時,就是HDMI或DP,或LVDS等的差分線結構;當芯線包的屏蔽膜封套有內(nèi)外面電導通的復合膜構造時,而且,C型鴨蹼狀芯線排中的聯(lián)結膜帶有橫向跨越芯線線包封套的導電膜條,所有芯線屏蔽接地問題就簡單了,可以簡化接地線工程量,并且可以和總線屏蔽的接地線一體匯總接地,這樣總線屏蔽就可以通過芯線連接連接器的接地端子而接地;而且C型鴨蹼狀芯線排中的聯(lián)結膜帶可以CO2激光切割,不會增加芯線線包屏蔽膜的脫除困難;而且,當芯線線包屏蔽膜采用繞包搭接包封時,在線纜彎曲變形時導致的搭接處錯層滑移時仍然有鋁膜層的重疊,錯層滑移機制不會導致屏蔽層受力,因而避免復合膜中鋁膜出現(xiàn)銀紋龜裂導致的屏蔽失效。
所有上述這些特征和功能的構建,基本具備了數(shù)據(jù)線制造過程的全自動化生產(chǎn)要求的基礎條件。
由C型鴨蹼狀芯線排結構可以構建新的數(shù)據(jù)線線纜,要滿足數(shù)據(jù)線線纜圓形、柔軟性、密實的要求,本發(fā)明提出,采用螺旋結構降解剛度的方法,這包括芯線的金屬導體采用合股加捻的螺旋結構,以及此C型鴨蹼狀芯線排在線纜中沿線纜長度處于螺旋換位狀態(tài)。
要最大限度實現(xiàn)芯線排整體在線纜中呈現(xiàn)圓形截面,有兩種途徑,一種是,芯線排以平面狀態(tài)填充線纜,芯線總線被分組成數(shù)個芯線排疊積在一起,使得疊積芯線排總體截面近似為正方形,邊長比1:1,最大長寬比例小于2:1。另外一種結構就是芯線總線容納在單一C型鴨蹼狀芯線排或最多兩個鴨蹼芯線排內(nèi),芯線排橫截面呈渦旋狀態(tài)。這種圓線主要也是由線纜外被絕緣的填充獲得的外輪廓圓形。
當然,這種總體截面為圓形的芯線排結構制成的線纜,在制造數(shù)據(jù)線時,上機加工前,可能仍然需要人工介入將線纜內(nèi)的芯線排有序的定置在模具或治具中成為展平狀態(tài)。顯然,定置C型鴨蹼狀芯線排要比現(xiàn)有技術中分揀和定置每一根芯線容易和快捷的多。
當然,對于直接為扁線的線纜結構,C型鴨蹼狀芯線排以平面狀態(tài)填充線纜,數(shù)個芯線排疊積在一起,使得疊積芯線排總體截面為矩形,邊長比大于等于1:1,最大長寬比例為小于50:1,這已經(jīng)足夠?qū)捔?。允許有充分寬度的扁線結構,可以做成單鴨蹼狀排芯線,排面彎曲更加柔軟,最重要的是加工工藝和設備簡單多了。
這種線纜中的C型鴨蹼狀芯線排,能夠最大限度的組合現(xiàn)有技術的各種芯線和屏蔽結構,具有最大的兼容性。不同的組合兼容狀態(tài),獲得的線纜性能是有相當大差異的。當然,這也提供了一種信道配置的混雜設計的可行性。比如,在一些高速數(shù)據(jù)通道,可以完全是同軸線結構,中速的可以是差分雙線結構,低速的可以是無屏蔽結構,需要柔軟的則使用多股金屬線合股扭絞芯線,需要廉價的使用單芯導體,需要占位填充的pin位可以采用假導體芯線代換,即塑料線填充。
線纜中的C型鴨蹼狀芯線排,通常只需要在芯線排的一個側面熔接芯線聯(lián)結膜帶即可,根據(jù)需要可以在芯線排的兩個側面熔接芯線聯(lián)結膜帶也是可行的方案。聯(lián)結膜帶通常不能介入同一芯線排的芯線之間的空間位置,這樣做的目的就是要讓芯線排排列緊湊,而且同一C型鴨蹼狀芯線排內(nèi)的芯線最簡單也最優(yōu)的排列就是一根挨著一個的密排,這樣做還可以加強芯線線包屏蔽膜封套之間的接觸導電機會。
線纜中,當C型鴨蹼狀芯線排只是單側具備聯(lián)結膜帶時,當多個C型鴨蹼狀芯線排在線纜中集成時,聯(lián)結膜帶可以朝外貼近總線屏蔽膜,或者朝內(nèi)位于芯線排之間。
線纜結構總是要有位于線纜外被內(nèi)側的總線屏蔽結構的,所謂總線屏蔽就是對線纜內(nèi)部全體芯線構成的總線進行屏蔽,總線屏蔽通常采用【金屬編織網(wǎng)+金屬膜】優(yōu)化配置結構,總線屏蔽必須要有效接地,本發(fā)明涉及的線纜總線屏蔽接地結構,是通過C型鴨蹼狀芯線排中的屏蔽接地線和連接器對應屏蔽接地焊腳連接接地的,其中,線纜中總線屏蔽中的金屬編織網(wǎng)、屏蔽膜和C型鴨蹼狀芯線排中的屏蔽膜、地線相互接觸電連接導通。這就要求總線屏蔽中的金屬膜為鋁麥拉復合膜,而且這個復合膜構筑的屏蔽膜封套要內(nèi)外表面之間導電連通,在芯線接駁連接器時,為了能夠采用CO2激光器切割脫除總線屏蔽的冗余鋁麥拉封套,同樣需要總線屏蔽膜封套具有最大麥拉膜面積的一面朝向線纜的外表面。
進一步地,由以上所述線纜,在兩端配置兩個連接器,連接相同或不同型號規(guī)格,二者通過線纜芯線排和連接器對應針排的接駁并錫焊電連接,以及,在線纜芯線和連接器的接駁處構筑的外部總線屏蔽,這樣就構成了完整的數(shù)據(jù)連接線。這種數(shù)據(jù)連接線包括數(shù)據(jù)通道和電源通道,總稱數(shù)據(jù)線。
采用C型鴨蹼狀芯線排構筑的數(shù)據(jù)線,除了能夠自動化生產(chǎn)外,最大的對提升傳輸性能方面的貢獻就是,在線纜芯線和連接器焊端接駁焊接后,介于芯線屏蔽膜封套的端部邊緣和連接器焊盤之間的無屏蔽區(qū)段長度小于2mm,通常可以達到1mm的水平,顯然這個值越小越好,而現(xiàn)有技術人工分線時這個值通常在5-10mm水平。屏蔽斷點對傳輸性能的影響就類似磁路中的空氣間隙導致的磁阻或者電流回路中斷點或半導體造成的電阻一樣,這個瓶頸因素直接決定了總體性能。
線纜中總線屏蔽接地,以及芯線屏蔽接地,都是通過C型鴨蹼狀芯線排中的屏蔽接地線和連接器對應屏蔽接地焊腳連接接地的,其中,線纜中總線屏蔽中的金屬編織網(wǎng)、屏蔽膜和C型鴨蹼狀芯線排中的屏蔽膜、地線相互接觸電連接導通。
作為數(shù)據(jù)線自然離不開其數(shù)據(jù)通信協(xié)議,由此協(xié)議也決定了數(shù)據(jù)線的配置結構。當所述線纜內(nèi)部總線配置和連接器均符合USB通信協(xié)議進行配置時,構成USB數(shù)據(jù)連接線;當所述線纜內(nèi)部總線配置和連接器均符合HDMI通信協(xié)議進行配置時,構成HDMI數(shù)據(jù)連接線;當所述線纜內(nèi)部總線配置和連接器均符合DP通信協(xié)議進行配置時,構成DP數(shù)據(jù)連接線;當所述線纜內(nèi)部總線配置和連接器均符合LVDS通信協(xié)議進行配置時,構成LVDS數(shù)據(jù)連接線;當所述線纜內(nèi)部總線配置和連接器均符合VGA通信協(xié)議進行配置時,構成VGA數(shù)據(jù)連接線;當所述線纜內(nèi)部總線配置和連接器均符合DVI通信協(xié)議進行配置時,構成DVI數(shù)據(jù)連接線。
以上發(fā)明的數(shù)據(jù)線和線纜,兼顧性能、工藝、成本。其中核心的是C型鴨蹼狀芯線排的制造和獲得。這是基礎。
最簡單的C型鴨蹼狀芯線排的制造方法是,采用熱熔型塑料膜帶作為芯線線包之間的聯(lián)結膜帶,覆蓋在陣列完好的芯線排上,熱熔該塑料膜,和各個芯線線包外表熔合在一起。這種熔接是一種線熔合或線段熔合,都可以滿足芯線線包空間定位的要求。這是一種比較最理想的技術方案。膠粘的方法將芯線線包和聯(lián)結膜帶粘接固定也可以使用,但容易導致膠水滲透進入芯線封套內(nèi),引起屏蔽膜的脫除困難。不干膠帶不能勝任,因為,時間長了,芯線線包相對于不干膠帶會出現(xiàn)滑移導致定位誤差。
總結以上思路,本發(fā)明提出一種新的數(shù)據(jù)線線纜的制造方法,是通過以下步驟完成:步驟S1:帶屏蔽膜封套芯線線包的預制或現(xiàn)場制造,其中的芯線導體之間要求有預設的間隔;步驟S2: C型鴨蹼狀芯線排的預制或現(xiàn)場制造,將帶屏蔽膜封套和/或無屏蔽膜封套芯線線包,通過和聯(lián)結膜帶的熱熔成為C型鴨蹼狀芯線排,其中所有的芯線排列在一個平面內(nèi),芯線線包之間要求有預設的間隔;步驟S3;C型鴨蹼狀芯線排集成在一起,C型鴨蹼狀芯線排可以進行蜷曲、折疊、堆垛等,變形成具有圓線截面配置或扁線截面配置;步驟S4:必要時,對集成在一起的 C型鴨蹼狀芯線排進行螺旋扭絞;步驟S5: 包封總線屏蔽;步驟S6:包封外被絕緣. 這其中,對于柔軟圓線制造時,最簡單的情況是芯線排在線纜中不扭絞換位,比如對芯線是多金屬線合股的線纜情況就不需要芯線排扭絞,但對于單芯導體的線纜,則有此螺旋扭絞必要。要實現(xiàn)比較理想的大捻度的螺旋換位,就需要步驟S1、步驟S2、步驟S3中全部的芯線能夠圍繞X軸單方向旋轉,但這樣的旋轉裝置顯然復雜很多。
實際生產(chǎn)過程中,因為預制的鴨蹼狀芯線線排總是處于有限的長度,在連續(xù)成型時如果不能解決快速拼接問題就無法勝任,當然這可以停機從容的完成拼接再啟動運行,更可行的是,建立在更大規(guī)模上的連續(xù)生產(chǎn)制造方法就是上面的方法中步驟S1和步驟S2優(yōu)選現(xiàn)場制造。
由此制造方法,本發(fā)明還涉及一種線纜的自動化連續(xù)抽線設備,具有兼容兼容圓形線纜和扁線制造的裝置,可以兼容圓形線纜和扁線制造,包括有以下裝置或模塊:
1)帶屏蔽膜封套芯線線包連續(xù)成型裝置,其中有屏蔽膜帶繞包機構,用于集成芯線和成型外圍屏蔽膜封套,其中的芯線導體要求有預設的間隔;
2)C型鴨蹼狀芯線排連續(xù)成型裝置,用于將帶屏蔽膜封套和/或不帶屏蔽膜封套芯線線包,通過聯(lián)結膜帶熔接在一起,保持芯線線包之間有預設的間隔;
3)全部C型鴨蹼狀芯線排連續(xù)集中裝置,用于將多個C型鴨蹼狀芯線排集中在一起,組成近似正方形、矩形、或渦旋形總體芯線截面;
4)線纜中芯線總截面連續(xù)扭轉裝置,適用于圓形線纜,用于將集束的芯線排,繞X軸旋轉,實現(xiàn)芯線截面中芯線的YZ坐標換位;對于扁線情況,本裝置靜止不轉;
5)總線屏蔽膜連續(xù)繞包裝置,用于將總線屏蔽膜螺旋繞包在集束的芯部總線外表,形成總線的膜屏蔽膜封套;
6)總線屏蔽金屬編織網(wǎng)連續(xù)繞編裝置,用于制作總線屏蔽中的金屬編織網(wǎng),對成型有金屬編織網(wǎng)的線纜時啟用;
7)線纜外被注連續(xù)塑成型裝置,有適配線纜外輪廓的口模,用于注塑芯線外部的絕緣保護;
8)總牽引裝置模塊,用于夾持從注塑機口模吐出并冷卻定型的線纜并提供連續(xù)抽線成型的牽引動力;
9)連續(xù)收卷裝置,用于將成型完成的線纜收盤;
10)電氣控制系統(tǒng)模塊,用于總體的電氣傳動和速度合成控制;
基于本發(fā)明的線纜和衍生品數(shù)據(jù)連接線,數(shù)據(jù)線制造當然離不開線纜和連接器,以及二者之間的連接關系,關聯(lián)制造成本和質(zhì)量,本發(fā)明提出以下的數(shù)據(jù)線制造方法:
一種數(shù)據(jù)連接線制造方法,包括連接器和以上所述數(shù)據(jù)線線纜的接駁,以及接駁處屏蔽結構的構建,其特征在于,貫穿于整個工藝過程是以C型鴨蹼狀芯線排作為作業(yè)對象進行工藝組織和設備構建的,包括線纜芯線定義和配置以及適配連接器針腳的定義和配置、芯線焊端的預處理、芯線和連接器的對位裝配、芯線焊端和連接器焊端的預錫和錫焊連接、芯線和連接器接駁處的總線屏蔽構建五個核心部分的構建和工藝;所述線纜芯線定義和配置以及適配連接器針腳的定義和配置,是指完成符合數(shù)據(jù)線通訊協(xié)議標準的信道和屏蔽的配置工作,這包括芯線數(shù)量、芯線規(guī)格、芯線位置關系、芯線屏蔽結構、以及屏蔽接地,將這些芯線安置在所述的數(shù)據(jù)線纜的C型鴨蹼狀芯線排內(nèi);與此同時,連接器配置對應一致的通道針腳焊盤,連接器的焊端針腳設置是至少一排最多兩排,線纜中C型鴨蹼狀芯線排布局能夠變換為一致的至少一排最多兩排的結構;連接器可以是插pin式連接器或者插pin式連接器附加PCB轉接板的連接器;與此同時,芯線線排中的芯線導體間距和連接器的焊端針腳間距具有適配一致的預設值;治具約束定位,所有C型鴨蹼狀芯線排展平在治具中定置,所有芯線在鴨蹼狀屏蔽膜規(guī)則化次序和位置限定作用下,展平并歸化到至少一個最多兩個最終的可加工的芯線排面,并通過一個治具進行展平狀態(tài)的定位約束;鑒于各個芯線位置次序已經(jīng)被鴨蹼狀屏蔽膜規(guī)則化限定在一個平面內(nèi)平行陣列,并有預設的芯線間距,這造就了各個工序加工作業(yè)的定置基礎,而且非常簡單易行的可以將芯線排定置在一個治具中;所述的芯線焊端的預處理,包括脫除線纜外被和焊端總線屏蔽、激光切割并機械脫除C型鴨蹼狀芯線排的屏蔽、芯線焊端絕緣皮的脫除三個工藝環(huán)節(jié),這都可以采用CO2激光器參與完成屏蔽膜封套的切割;這其中涉及的作業(yè)裝置和方法都是現(xiàn)有技術可以自動化實施的。所述芯線和連接器的對位裝配,是基于治具和C型鴨蹼狀芯線排的作用使得芯線排的規(guī)則排列,必要時,增加一個芯線焊端Y坐標矯正機構做進一步微調(diào),調(diào)整后,芯線焊端能夠和連接器焊端直接X方向?qū)ξ徊褰樱瑢崿F(xiàn)焊端搭接裝配;通常情況下,初始芯線間距離較大然后再用一個并線機構調(diào)整線位縮小間距的做法并不實際,較多情況下,是一個芯線線包內(nèi)可能含有2-4條芯線,這些芯線導體之間距離較小,或者不一定正好是連接器的焊端針排間距,需要進行局部矯正。實際上,基于C型鴨蹼狀芯線排和治具的聯(lián)合對芯線的定位已經(jīng)滿足或基本滿足芯線和連接器焊腳對位裝配的要求,微調(diào)也是小位移的矯正,通常是小于1mm的位移調(diào)整,這樣,微調(diào)機構就是一個簡單的梳齒狀分線刀叉而已。所述芯線焊端和連接器焊端的預錫和錫焊連接,是通過預制錫點的芯線焊端和沒有預錫的連接器焊端裝配焊接,或者,是通過預浸錫的芯線焊端和預錫的連接器焊端裝配焊接;熔錫焊接過程是,針對連接器焊端是PCB板情況的,采用HOTBAR快速脈沖加熱導熱熔錫焊接,針對連接器焊端是插pin的針排焊端時,采用高頻感應加熱熔錫焊接;所述芯線和連接器接駁處的總線屏蔽構建,是在覆蓋芯線和連接器的接駁區(qū)域,配置一個金屬外殼,將線纜的總線屏蔽和連接器的總線屏蔽金屬外殼橋接起來且電連接,而且形成對接駁區(qū)段的封套式金屬殼屏蔽。
至此,一個完整的,從C型鴨蹼狀芯線排,到構筑的線纜,再到構筑的最終產(chǎn)品-數(shù)據(jù)連接線,都一攬子發(fā)明出來了。并提出了獲得這些產(chǎn)品或部件的配套方法和設備。
附圖說明和具體實施方式
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案,下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例,對于本領域普通技術人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1a是帶屏蔽膜封套的單根芯線構成的芯線線包
圖1b是帶屏蔽膜封套的兩根芯線構成的芯線線包
圖1c是帶屏蔽膜封套的三根芯線構成的芯線線包
圖1d是帶屏蔽膜封套的四根芯線構成的芯線線包
圖1e是一種由鋁麥拉復合膜帶復構生成的屏蔽膜封套具有雙面電導通搭接繞包結構
圖1f是一個典型特征的C型鴨蹼狀芯線排結構示意圖
鑒于附圖是方便表達和理解的結構示意圖,圖中的各個零件單元之間的空隙,在實際中通常是接觸狀態(tài),有些空間可能是材料填充狀態(tài)。后面的附圖中寓意相同。
圖1a-圖1f中,10-聯(lián)結膜帶,11-無屏蔽膜封套單芯線線包,12-帶屏蔽膜封套單芯線線包,13-帶屏蔽膜封套雙芯線線包,14-帶屏蔽膜封套三芯線線包,15-帶屏蔽膜封套四芯線線包,101-芯線線包屏蔽膜封套,102-芯線絕緣,103-芯線導體,104-鋁麥拉復合膜,105-處于封套外側的復合膜麥拉面,106-外露鋁膜面折邊,107-處于封套內(nèi)側的復合膜鋁膜面,108-繞包搭接錯層。
圖2a是一種C型鴨蹼狀芯線排平鋪的圓線截面的線纜結構圖
圖2b是一種C型鴨蹼狀芯線排渦旋鋪放的圓線截面的線纜結構圖
圖2c是單一C型鴨蹼狀芯線排c形排布的圓線截面的線纜結構圖
圖2d是單一C型鴨蹼狀芯線排e形排布的圓線截面的線纜結構圖
圖2e是雙C型鴨蹼狀芯線排雙c形排布的圓線截面的線纜結構圖
圖2f是一種C型鴨蹼狀芯線排平鋪的扁線截面的線纜結構圖
圖2g是一種圓形線纜內(nèi)部芯線螺旋換位的結構狀態(tài)示意圖
圖2a-圖2g中,10-聯(lián)結膜帶,21-C型鴨蹼狀芯線排,22-總線屏蔽,23-外被絕緣
圖3a是從芯線開始的連續(xù)抽線制造本發(fā)明所述線纜的自動化生產(chǎn)線組成結構示意圖,圖3b是從C型鴨蹼狀芯線排開始的連續(xù)抽線制造本發(fā)明所述線纜的自動化生產(chǎn)線組成結構示意圖,
圖3a-圖3b中, 10-聯(lián)結膜帶原材料,21-C型鴨蹼狀芯線排,31-芯線,32-芯線線包集束機構,33-芯線屏蔽繞包機構,34-C型鴨蹼狀芯線排熔接成型裝置,35-C型鴨蹼狀芯線排匯總疊積收容裝置,36-芯線排螺旋扭絞裝置,37-總線屏蔽膜繞包裝置,38-總線屏蔽金屬網(wǎng)繞編裝置,39-連續(xù)注塑外被絕緣裝置,40-總拉拔牽引裝置,41-線纜收卷裝置,42-電氣控制系統(tǒng), 371-總線屏蔽膜帶原材料,381-總線屏蔽金屬線原材料,391-外被絕緣原材料。
圖1f示意的典型C型鴨蹼狀芯線排中,是假想的包攬各種芯線狀態(tài)組合的混雜的狀態(tài),其中有一個聯(lián)結膜帶10,和各種類型的芯線線包11/12/13/14/15聯(lián)系結合在一起,每個芯線線包之間間隔有預設的距離,這個線包中心距的大小要和連接器的焊盤中心距適配。這樣的C型鴨蹼狀芯線排在展平狀態(tài)下,其中的所有芯線導體都陣列在一個平面內(nèi)。其中的每個芯線線包和聯(lián)結膜帶10熱熔結合在一起。當芯線線包為無屏蔽膜封套單芯線線包11時,代表電源線等一類帶絕緣但無需要屏蔽的芯線,當芯線線包為帶屏蔽膜封套單芯線線包12時,如圖1a,代表一類同軸線屏蔽結構,可超高速傳輸信號,當芯線線包為帶屏蔽膜封套雙芯線線包13時,如圖1b,是一種新的差分信號線對結構,仍然具有接近同軸線的效果,當芯線線包為帶屏蔽膜封套三芯線線包14時,如圖1c,是一種現(xiàn)有技術的差分信號線對結構,屏蔽接地線存在于屏蔽膜封套內(nèi)部導致傳輸效果下降,當芯線線包為帶屏蔽膜封套四芯線線包15時,如圖1d,是一種新的差分信號線對結構,屏蔽接地線存在于屏蔽膜封套外部沒有影響傳輸效果。這幾種芯線線包結構示意在圖1a、圖1b,圖1c、圖1d中。各種芯線線包對傳輸信號有不同的性價比,可以根據(jù)需要設計選用。一個C型鴨蹼狀芯線排中可以有相同或不同的芯線線包。芯線中的導體,也需要根據(jù)需要選用單芯導體或者是多股極細金屬線合股扭絞成的導體,芯線還可以是塑料線假導體僅僅起到填空占位作用。
圖1f中,當聯(lián)結膜帶10的一個側面有橫向的導電膜條比如鋁膜條時,當芯線線包屏蔽膜封套101有內(nèi)外電導通特性時,聯(lián)結膜帶10和芯線線包的屏蔽膜封套就可以通過熔接時接觸電導通,這就使得可以優(yōu)化或簡化現(xiàn)有技術線纜中眾多屏蔽眾多接地的雜亂冗余結構狀態(tài)。該聯(lián)結膜帶10可以是一種廉價的塑料膜帶在一面做金屬化鍍層,比如薄膜電容器使用的塑料金屬化膜,通常鍍層厚度在1微米左右的水平,這種膜帶,可以導電,可以和芯線屏蔽膜封套熔接,可以CO2激光切割。這種金屬化膜做聯(lián)結膜帶10,還可以提升線纜的屏蔽效果。
圖1f中,為了能夠使用CO2激光器激光切割去除焊端冗余的芯線線包屏蔽膜封套101以及聯(lián)結膜帶10,那么,屏蔽膜封套101外側面必須是具有最大面積麥拉面,該外側面僅僅是有小面積的鋁膜條而已;同樣,聯(lián)結膜帶10基本上是塑料膜帶,只是,在需要提供跨越芯線線排橫向電連接時,位于聯(lián)結膜帶和芯線線包屏蔽膜封套接觸的熔接側面僅僅是有小面積的鋁膜條而已。聯(lián)結膜帶10無法使用整個膜面有較厚鋁膜的鋁麥拉復合膜帶,因為厚的鋁膜層會阻隔激光對屏蔽膜封套的切割,但可以使用金屬化塑料膜帶。通常商品材鋁麥拉復合膜帶中鋁膜的最小厚度為6微米,所以,也有稱呼是鋁箔麥拉復合膜,和本發(fā)明的鋁麥拉復合膜是同樣的材料。
芯線線包屏蔽膜封套101通常是采用鋁麥拉復合膜帶螺旋繞包形成的,繞包時有一定的搭接量,保證在使用過程中不會出現(xiàn)屏蔽留空,最小搭接量要滿足在芯線線包隨線纜彎曲變形時導致的搭接處錯層滑移時仍然有鋁膜層的重疊。另外,雖然繞包后形成幾何上的金屬膜閉合的封套,但搭接錯層處最好不要熔接固連在一起,當封套隨芯線彎曲變形時,錯層的滑移可以避免屏蔽膜內(nèi)產(chǎn)生應力,從而避免金屬膜出現(xiàn)銀紋或龜裂,保證良好的屏蔽性能。
芯線線包屏蔽膜封套101可以是通常的鋁麥拉復合膜繞包結構,這種繞包是麥拉面在外,鋁膜面在內(nèi)。這種結構CO2激光器切割沒有任何技術問題。當封套有內(nèi)外面電導通要求時,需要特殊復配重構這個復合膜層。重構的復合膜層,繞包時就要有方向性,要求具有最大麥拉膜面積的一側朝外,便于激光切割。這種典型的復構關系,如圖1e示意。將通用商品材均質(zhì)鋁麥拉雙層復合膜繞包帶沿側邊向麥拉面翻折,形成外露鋁膜面折邊106,這個折邊是一個小小的折邊,折邊寬度尺寸通常都小于帶子寬度的1/10,因此,帶子保留了有大面積復合膜麥拉面105區(qū)域,這個具有最大麥拉面積的表面繞包時位于包封封套的外側,便于以后加工時的激光切割。繞包時會形成繞包搭接錯層108,這個搭接重疊量不能太大也不能太小,大了影響激光切割,小了容易出現(xiàn)屏蔽裂縫。圖1e示意的結構,形成屏蔽膜封套后的封套內(nèi)側面為全鋁膜表面狀態(tài)。當然還有其他構筑這種復合屏蔽膜封套的方案,此處不再例舉。此處注意圖中的XYZ坐標系,XY平面平行于屏蔽膜平面,Z垂直于膜面,線纜縱向X并不和帶子的縱向長邊平行,這實際是表示繞包時有一個螺旋角。這種狀態(tài)下,外側面的鋁膜帶,就可以跨域電連接。順便指出,總線屏蔽膜封套可以和芯線屏蔽膜封套采用同樣的屏蔽結構。這樣,甚至可以在一個加工設備上采用CO2激光器完成總線屏蔽膜封套和芯線屏蔽膜封套的激光切割和機械脫除。
由圖1f出具的C型鴨蹼狀芯線排,經(jīng)過組合集成,就可以組建線纜的內(nèi)部總線。線纜內(nèi)部總線,可以是全部芯線均處于C型鴨蹼狀芯線排內(nèi),也可以是部分芯線處于C型鴨蹼狀芯線排內(nèi)。作為實現(xiàn)本發(fā)明的目標,自然是全部芯線均處于C型鴨蹼狀芯線排中方便加工。
從使用的角度區(qū)分,線纜分為圓線和扁線之分。圖2a是一種C型鴨蹼狀芯線排平鋪的圓線截面的線纜結構圖,圖2b是一種C型鴨蹼狀芯線排渦旋鋪放的圓線截面的線纜結構圖,圖2c是單一C型鴨蹼狀芯線排c形排布圓線截面的線纜結構圖,圖2d是單一C型鴨蹼狀芯線排e形排布圓線截面的線纜結構圖,圖2e是雙C型鴨蹼狀芯線排c形排布圓線截面的線纜結構圖,圖2f是一種C型鴨蹼狀芯線排平鋪的扁線截面的線纜結構圖,圖2g是一種圓形線纜內(nèi)部芯線螺旋換位的結構狀態(tài)示意圖。當然這些只是枚舉的幾個實施例,還可以變換為其它一些圖案的填充形式。當芯線數(shù)量較少時,C型鴨蹼狀芯線排為單C或單e結構形式,當芯線數(shù)量較多時,C型鴨蹼狀芯線排為雙C或雙排渦旋結構形式。
以上所有例舉的此種線纜的結構中,共同的特征就是,線纜從內(nèi)向外依次有:芯部總線、總線屏蔽、線纜外被絕緣,芯部總線至少有一個C型鴨蹼狀芯線排。在制造數(shù)據(jù)連接線時,需要把所有的芯部C型鴨蹼狀芯線排展開為至少一排最多兩排,就可以進行自動化加工處理,包括自動化去除屏蔽結構和絕緣結構,包括對位焊接等等。當包括總線屏蔽和芯線屏蔽中所有的屏蔽膜封套都有內(nèi)外表面電導通特性時,線纜內(nèi)的全部屏蔽就可以通過一個接地線接地,優(yōu)化或簡化了現(xiàn)有線纜的屏蔽接地結構,這種結構稱之為整體屏蔽結構。當總線屏蔽和芯線屏蔽中的屏蔽膜封套的麥拉面朝外設置時,就可以用CO2激光器進行切割后機械去除。
圖3示意構造出一種制造本發(fā)明所述線纜的連續(xù)抽線設備。事實上,這個設備也是根據(jù)本發(fā)明所述線纜制造方法構造的。
首先,芯線31 經(jīng)過芯線線包集束機構32集成,可能為一個或多根芯線,然后由芯線屏蔽繞包機構包覆屏蔽膜封套,形成帶屏蔽膜封套的芯線線包,這個過程固化了芯線在線包中的次序、位置、間距。
然后,帶屏蔽膜封套和/或無屏蔽膜封套的芯線線包匯集在一起,并引入聯(lián)結膜帶10,經(jīng)過C型鴨蹼狀芯線排熔接成型裝置34制成C型鴨蹼狀芯線排,所有芯線線包在C型鴨蹼狀芯線排中的次序、位置、間距也被固化。
然后,經(jīng)過一個C型鴨蹼狀芯線排匯總疊積收容裝置35,所有C型鴨蹼狀芯線排集成匯總到一起,經(jīng)過一個適配的模具和機構,約束芯線排成為圖2a-圖2f所示的典型截面狀態(tài)。
然后,有一個芯線排螺旋扭絞裝置36,對芯線截面連續(xù)螺旋扭絞,獲得如圖2g的芯線換位狀態(tài)。
然后,有一個總線屏蔽膜繞包裝置37,對集束的芯線線排繞包總線屏蔽膜封套。
然后,有一個總線屏蔽金屬網(wǎng)繞編裝置38,對集束的芯線繞編金屬網(wǎng),形成總線屏蔽的編織網(wǎng)加強結構。
然后,完成總線屏蔽的中間態(tài)線纜經(jīng)過一個連續(xù)注塑外被絕緣裝置39,完成外被絕緣包封。
成型完成的線纜,在總拉拔牽引裝置40的拖動作用下,連續(xù)的從注塑機中引拔脫出。此引拔動力,也是前敘機構中芯線連續(xù)行進的動力,牽引的速度也是前敘機構中芯線連續(xù)行進的速度??偫螤恳b置40用于夾持從注塑機口模吐出并冷卻定型的線纜并提供連續(xù)抽線成型的牽引動力
最后,有一個線纜收卷裝置41,將線纜收卷包裝。
其中有一套電氣控制系統(tǒng)42,支撐整個生產(chǎn)線的動作和動力,并提供每個繞包工序中直線和回轉運動的合成控制。
這條連續(xù)生產(chǎn)線的原材料輸入有:芯線31,聯(lián)結膜帶10,總線屏蔽膜帶371,總線屏蔽金屬線381,外被絕緣391。產(chǎn)出物為成品線纜。
結合所述線纜成型方法,本設備中,兼容扁線和圓線的制造。當制造扁線時,或者某些不需要截面扭絞換位的線纜,設備中的芯線排螺旋扭絞裝置36是靜止不轉的。另外,對有芯線線包預制或者有C型鴨蹼狀芯線排預制的情況,只需要將相應工站裝置去除即可。
實施對芯線排橫截面扭絞并不簡單,需要將上游工序的全部芯線都收置在一個回轉架上才可以,況且,這些芯線都是連著在線的工站加工裝置的,還包括芯線料盤,意味著這些裝置需要一同的旋轉。退一步來看,如果只是使用預制完成的C型鴨蹼狀芯線排作為加工設備的起始點,設備會簡單很多。其缺點當然是,因為鴨蹼狀線排的長度是有限的必然面臨有線纜的接駁問題,要整體接駁C型鴨蹼狀芯線排是比較困難的。根據(jù)用戶需要和生產(chǎn)計劃,制造定長的線纜可以考慮這種方案的設備,這就演化為如圖3b示意的、簡化的定長線纜連續(xù)抽線生產(chǎn)線,和圖3a的設備比較,區(qū)別在于缺省了前導的預制工序。
這條連續(xù)生產(chǎn)線的原材料輸入有:C型鴨蹼狀芯線排21,總線屏蔽膜帶371,總線屏蔽金屬線381,外被絕緣391。產(chǎn)出物為成品線纜。
以上所有附圖中畫出的,芯線數(shù)量、芯線線包數(shù)量、C型鴨蹼狀芯線排數(shù)量等等都不構成對實施例的限制。
綜上所述,在建立在一種鴨蹼狀芯線線排的基礎上,可以獲得圓形或扁線線纜和相應的數(shù)據(jù)線。這種C型鴨蹼狀芯線排最大限度包容了現(xiàn)有技術的各種芯線線包結構和芯線屏蔽膜封套結構。使用廉價的鋁箔麥拉復合膜構筑所有的總線屏蔽和芯線屏蔽,滿足了同軸線和差分線對的屏蔽結構要求。通過C型鴨蹼狀芯線排提供的跨越芯線屏蔽膜封套的橫向電連接,還為線纜的整體屏蔽結構的實現(xiàn)創(chuàng)造了條件。由于在C型鴨蹼狀芯線排內(nèi)固化了芯線導體之間的次序和距離,為數(shù)據(jù)線制造的自動化加工作業(yè)創(chuàng)造了條件,可以滿足復雜結構的USB3.1-typeC以及HDMI數(shù)據(jù)線的性能要求和工藝要求。本發(fā)明的線纜和數(shù)據(jù)線具有極高的性價比。
以上的實施方式,并不構成對該技術方案保護范圍的限定。任何在上述實施方式的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進等,例如本發(fā)明涉及使用的鋁麥拉復合膜,還可以是等效的其它的金屬箔和其它塑料膜復合的薄膜,均應包含在該技術方案的保護范圍之內(nèi)。