电连接器典型失效模式及机理分析

电连接器典型失效模式及机理分析

邢贝贝

中壹发展八五零电子有限公司

摘要：针对电连接器可靠性问题，开展电连接器机械连接失效问题分析。通过对实际使用过程中出现问题的各型号连接器进行外观观察、内部检查或断口分析，总结出电连接器机械连接存在不同类型的失效模式，主要表现为由工艺问题导致的焊接或压接失效，由使用问题导致的变形或疲劳断裂。建议严格控制电连接器的工艺过程；对使用环境、应力条件进行评价；同时安装、使用准确到位，减少因机械连接问题引起的失效问题。

关键词：电连接器；机械连接；工艺；失效

引言

电连接器用于实现电信号的传输和控制以及电子与电气设备之间的电连接，在航天、航空、电子、通信等重要领域广泛应用。电连接器要求在各种环境条件下可靠地导通电路、传递信息、实现特定功能，其可靠性直接影响装备、产品等工程系统的可靠性工作。

电连接器与其它电子元器件相比，失效模式不仅取决于电气性能，还很大程度上取决于机械性能及环境因素，主要表现为接触不良、绝缘不良、机械连接失效和其它失效模式。本文研究内容作为电连接器可靠性分析的一部分，重点关注电连接器的失效问题及机理分析，选择不同机械连接问题导致的失效，结合工艺、使用和环境因素分析机械连接失效机理，提出同类问题的改进措施。

1 分析过程

1.1 案例 1：焊接连接失效

某视频电缆在使用中起视频信号传输作用，在调试时发现该电缆芯线与屏蔽层短路。用体视显微镜对失效电缆进行外观观察，可见：该电缆的导线外绝缘层未见明显异常，插针接头未见明显异常。为了进一步确定视频电缆的失效状态，使用万用表对插针、线芯与接头外壳、屏蔽层分别进行测试，测得插针与接头外壳、屏蔽层出现短路现象，线芯与接头外壳、屏蔽层也出现短路现象。将接头部分与导线部分剪开，测得接头部分连接状态同上述现象，导线线芯与屏蔽层未短路，故失效位置定位于接头部分的内部。对产品进行解剖检查视频电缆的内部连接状态，可见：插针与线芯连接在一起，屏蔽层与接头外壳连接在一起。但发现与插针根部连接的线芯同其它位置相比较松散，进行下一步的解剖分析，其余位置未见明显异常。采用机械法将视频电缆接头的局部金属外壳去除，再使用万用表测量插针与剩余接头外壳的连接状态，此时不短路，故短路点出现在已开封位置。对已开封部位进行观察发现：插针与线芯通过焊料连接，连接处线芯中的一根导线从焊接根部与线芯分离，且与插针连接的线芯一定长度内（约 5 mm 长度）无绝缘保护，使从线芯中分离的一根导线直接与壳体接触，造成短路。

1.2 案例 2：压接连接失效

某型连接器用于信息处理器，在完成电装后，检测发现该连接器第 12 点开路。用体视显微镜对失效连接器进行外观观察，可见连接器塑封外壳、插针、引线未见明显异常。为了进一步确定连接器的失效状态，采用万用表对失效件进行非功能测试，测试结果为：第 12 点的插针与引线表现为开路，其余点的插针与引线处于导通状态。对产品进行解剖检查连接器的内部结构，可见连接器插针和引线是通过中间的套管连接，套管将插针和引线卡紧后实现导通，中间无焊料连接。第 12 点的套管和引线之间疑似存在小间隙，不紧密接触，比对第13 点套管和引线之间无间隙，紧密接触。通过显微镜进一步观察第 12 点连接状态，可见该点套管内引线紧密束缚在一起，与套管内壁存在间隙，而其余点的引线处于松散状态，与套管内壁无间隙。该点的引线与套管连接存在问题，通过开封进行下一步的验证。采用机械开封法去除该连接器的外包装，直接观察插针和引线的连接情况。将第 12 点的引线和套管连接情况与导通点进行比对，可见导通点的引线与套管内壁紧密接触，而第 12 点的引线与套管内壁存在间隙。该连接器第 12 点出现失效是由于该点的引线与套管连接不紧密，存在间隙，进而无法实现该点引线、套管与插针的导通，出现开路失效。

1.3 案例 3：装配不当失效

某型电连接器在试验中发现该连接器传输信号不稳定。用体视显微镜对电连接器进行外观检查，可见电连接器第 2、13 点插针缩针，其它插针高度正常，插针周围的塑料绝缘体表面局部有磨损。对产品进行解剖检查连接器的内部结构，可见连接器插针和引线是通过中间的压接套管连接，套管将插针和引线卡紧后实现导通。发现第 2、13 两点插针受压应力作用而导致其在塑料绝缘件的位置发生位移，变形后插针头部位置约在原长度的 1/2，但基本保持轴向垂直，其余插针未见明显变形。电连接器内部压接套管及导线位置及形态未见明显异常。该电连接器第 2、13 点插针缩针是由于与插孔对接时，两个插针未完全对中进入插孔，继续加力后，插针受压应力作用而导致位移形成缩针现象。

2 失效预防措施及建议

电连接器的机械连接失效与电连接器的工艺水平、设计要求、使用条件存在密切联系，为了保证电连接器机械连接的可靠性，可以采取适当的质量控制手段进行失效预防。

1）严格控制电连接器的制造工艺过程：电连接器的机械连接与工艺过程密切相关，产品的工艺可靠性，如焊接或压接质量出现问题，会在早期暴露出来，通过严格控制电连接器的工艺过程，进行必要的检测筛选，可以减少由于产品自身问题引起的失效。电连接器的其它问题，如电镀工艺引起的连接问题，不会早期暴露出来，但经过一定环境或磨损后会出现批次性的问题，使用前有必要进行抽样检查，可以进行破坏性结构分析，提出改进措施，严格控制好镀层的形态、厚度。

2）对使用环境、应力条件进行评价：电连接器的实际使用条件千差万别，在产品设计及选材时并不能完全适应各种环境，因此在特定条件使用时，最好进行环境或应力水平可靠性评价试验，避免出现批次性的失效问题。

3）安装、使用准确到位：电连接器通常配套使用，由于安装不到位，不对中及非正常的变形、磨损会导致连接器出现接触不良、断路等失效现象，应避免野蛮操作，异常应力影响。

4）可根据需要增加一些早期的试验，如镀层结合强度试验、结构分析、环境试验，振动试验等，尽早暴露问题。

3 结论

1）电连接器机械连接失效表现为多种失效模式，与工艺过程，使用过程密不可分，焊接、压接、安装和应力状态是机械连接的薄弱环节。

2）机械连接失效通常在使用过程中暴露出问题，对应用于要求比较高的产品，可进行早期的筛选和评价试验，提高使用可靠性。

参考文献 :

[1] 谢旻 . 电连接器及其在雷达和电子设备中的应用 [J]. 应用科技 ,2011, 38(3): 20-23.

[2] 杨奋为 . 军用电连接器的应用及发展 [J]. 机电元件 , 2007, 27(3):42-49.