浅谈提高电连接器可靠性的应用方法

摘 要：本文分析了电连接器失效原因，从电连接器失效机理层面出发，得出提高电连接器质量、电连接器接触表面镀层、增加接触体之间的正压力等方法提高电连接器可靠性。

关键词：电连接器;综合应力;加速寿命试验;Origin;统计分析

电连接器是一种在电气终端之间提供连接与分离功能的元件，广泛应用于军事、 航空航天等领域，其质量的好坏直接关系到整个系统工程的成败。本文对电连接器的失效原因进行了分析，提出了几点提高电连接器可靠性的应用方法。

1 电连接器失效原因分析

1.1温度与震动导致的接触不良

电连接器的主要失效形式为接触失效，由于接触电阻和材料导体电阻的存在，当有电流流过电连接器时，接触电阻和金属材料导体电阻将会产生焦耳热，导致接触点的温度升高，过高的接触点温度会使得接触表面的金属软化、 融化甚至沸腾，同时也会使接触电阻增大，从而引发接触失效。

电连接器在贮存、运输和工作时，会受到各种振动载荷和冲击力的作用， 若产生共振现象，振动应力过大，超过电连接器本身所能承受的频率时， 会造成接触件的间隙变大，当间隙增大到一定的程度时，接觸压力会瞬时消失，从而导致电接触的“瞬断”，严重时会使得材料产生破坏和断裂;在这种长期应力的作用下，材料也会发生疲劳损伤，最后引发失效。

1.2连接器表面绝缘不良

绝缘不良往往表现为漏电流偏大、 绝缘电阻降低和高压击穿等现象。尤其是在耐湿试验之后，绝缘不良现象时有发生，并且用酒精经过反复擦洗、烘干之后仍不能达到规定的值，经过解剖分析之后发现这是由于连接器的表面有污物 （如尘埃、 助焊剂和焊锡等），这些有机材料析出物和有害气体与连接器表面的水融合形成离子性的导电通道，从而导致绝缘电阻降低、高压击穿和漏电流偏大等，并且这些污物通常情况下都是较难清洗掉的。

1.3镀层与基体结合力差

镀层与基体结合力差主要表现为镀件表面产生白色粉末或裂纹，严重者镀层剥离， 甚至是大面积镀层脱落。查找并分析原因，发现：引起镀层起皮的原因很多，如与基体金属的性质和镀层本身的硬度有关，也与电镀液的性质和操作条件有关。尤其是镀件脱脂不彻底，表面清洗不干净或镀液中添加剂含量过高等，在镀金或者镀铜之后在空气中停留时间过长导致镀层氧化或是镀液的成分发生化学反应进而导致镀层成份不正常。这些都会造成镀层与样品表面的结合力弱而导致镀层剥离。

2.提高电连接件可靠性的应用策略

针对电连接器的失效模式和失效原理，从根源和过程中提高连接器的能力是关键。应注重提高电连接器的质量，包括设计可靠性、生产工艺可靠性、严格器件筛选过程等，其次采用改善电连接器接触表面镀层，增加接触体之间的正压力等方式均可提高电连接件的可靠性。

2.1提高电连接器质量

电连接器常见的失效模式多是在实验过程中发现的，部分是在样品装配使用过程中发现的。 实际上，电连接器在设计和生产完成后，其失效模式和失效机理基本已经固定，电连接器的质量直接影响着电连接器的可靠性，所以建议从以下几个方面着手来提高其可靠性。

（ 1） 合理选用材料、优化工艺路线和结构来开发新一代产品。（2） 采用先进焊接工艺和机床，提高焊接质量和可靠性。（3） 通过实验研究对新一代产品进行结构优化，从而降低成本，增加可靠性。（ 4） 提高模具质量，从而提高毛坯质量，并在设计过程中进行相应的实验研究。（ 5） 采用先进装配工艺和路线，提高装配质量，保证成品寿命。（ 6） 引进国外先进技术，使核心部件国产化。

2.2电连接器接触表面镀层

普通金属镀层可以保护连接器不易被氧化和硫化，并且能在一定程度上提高它的机械性能，增强它的耐磨性。贵金属镀层能够起到优化连接器电气性能的作用，建立和维持稳定的连接器阻抗。总而言之，镀层对电连接器产品性能的提升非常有帮助。随着科学技术的不断进步，连接器的使用环境也会越来越复杂，这就要求我们的连接器可以应对更广阔的领域，镀层则是电连接器提高可靠性的有效手段。目前电连接器接触体接触表面上普遍采用的镀层金属为金、银和锡等。。

（1）镀金、银

金属里惰性金属性能比较稳定不易发生氧化和腐蚀，是电连接器接触体接触表面镀层常用的贵金属材料。金、银可以很好的阻挡氧化性或腐蚀性气体的损坏，避免接触体接触表面发生氧化反应或腐蚀反应生成膜层阻碍电接触，其它金属不具备金的这种特能。另外，对于当电连接器采用镀纯金时，电连接器接触体接触表面发生微孔的概率上升，而增加镀层厚度或采用镀合金时能够避免微孔的产生[11]。，但由于金和银的价格相对昂贵，会带来制造和加工成本的相应提高。故镀金和镀银工艺并未被业广泛地采用。

（2）镀锡

相对于金和银的高昂成本，锡的价格则便宜了许多。锡是银白色的金属，密度 7.28g/cm3，熔点 232℃，具有耐腐蚀、抗变色、无毒、焊接性能好等优点。

当电连接器接触体表面涂覆一层锡时，插针接触体与插孔接触体相接触时，插针接触体与插孔接触体的接触面积增加，并且由于接触体表面涂覆了一层锡，这样会使电连接器接触体的接触电阻值降低。由于金属锡的硬度较小，因此镀锡接触体承受载荷会降低。在相同的条件下电连接器接触体表面镀锡与镀其它金属相比较接触体电阻更小，电损耗降低，产热下降，可靠性提高。

2.3增加接触体之间的正压力

（3）增加接触体之间的正压力

根据《二参数威布尔分布与电连接器的失效寿命分布函数的关系研究》一文中电连接器接触体的动力学模型可知，当增加接触体接触面之间的正压力时可有效减小振动应力下谐响应的幅值，而且当增加正压力时可以增大接触体接触面的实际接触面积，减小接触体接触面的接触电阻，提高电连接器的可靠性[12]。

5 结论

总之，在电连接器行业内，目前国内电连接器的可靠性工作经过不断地探索、 实践、 总结，已经取得了较大的成绩。但是，实践证明国内的电连接器在使用的过程中仍然存在着大量的问题，其可靠性和质量等级与国外的相比仍然有较大的差距， 所以，对于电连接器的可靠性，我们应该充分地重视接触理论的 研究，将理论与实践相结合;加强失效分析的研究，多方面、全方位地保障电连接器的可靠性和稳定性。

参考文献：

[1] 朱海峰.环境应力作用下航天电连接器可靠性试验方案研究[D].杭州：浙江大学，2003.

[2] 吕瑞雪.电连接器的热性能研究[D].北京：北京邮电大学，2011.

作者简介：

刘晓明  ，单位：沈阳华晨宝马有限公司，