電連接器的可靠性與質(zhì)量問題分析

電連接器及其組件是產(chǎn)品重要的接口元件，尤其針對復(fù)雜系統(tǒng)而言，如航天系統(tǒng)，電連接器散布在各個系統(tǒng)和部位，負責著信號和能量的傳輸。其連接好壞，直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的安全可靠運行。由電連接器互連組成各種電路，從高頻到低頻、從圓形到矩形、從通過上百安培的大電流連接器到通過微弱信號的高密度連接器、從普通印制板連接器到快速分離脫落等特種連接器，電連接器質(zhì)量與可靠性也有自身的”江湖“，不能忽視。

產(chǎn)品質(zhì)量是指產(chǎn)品能夠滿足使用要求所具有的屬性，即適用性。無論簡單的產(chǎn)品，還是復(fù)雜的產(chǎn)品，都可把適用性或用戶的要求歸納為六個基本目標；即技術(shù)性能、可靠性、安全性、適應(yīng)性、經(jīng)濟性和時間性。表 1 列出了電連接器產(chǎn)品質(zhì)量特性的要求內(nèi)容。

表 1 電連接器產(chǎn)品質(zhì)量特性的要求內(nèi)容

電連接器產(chǎn)品質(zhì)量一致性，可理解為這六個質(zhì)量特性波動性的大小程度。波動性小、一致性好，使用可靠性高。反之，波動性大、一致性差，使用可靠性低?？煽啃允潜碚麟娺B接器產(chǎn)品質(zhì)量的重要特性之一。它是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。在這個定義里，所謂規(guī)定條件，包括產(chǎn)品所處的環(huán)境條件、負載大小、工作方式和使用方法等。

上述六項波動因素在不同的條件下，對產(chǎn)品質(zhì)量的影響亦不同。作為質(zhì)量管理的主要任務(wù)之一，就是要穩(wěn)定由于偶然性原因造成的隨機波動或誤差，消除由于異常原因造成的系統(tǒng)波動或誤差。

電連接器技術(shù)性能指標和可靠性指標既有聯(lián)系又有區(qū)別。產(chǎn)品不可靠，技術(shù)性能再先進也得不到發(fā)揮；反之、若技術(shù)性能十分低劣，產(chǎn)品的可靠性也就無從談起。同一電連接器產(chǎn)品依據(jù)不同標準檢驗，由于技術(shù)指標規(guī)定值的不同，會有不同的可靠性評價結(jié)果。低標準判為可靠的產(chǎn)品，按高標準評價可判為不可靠。一般情況下，連接器產(chǎn)品使用溫度越高、額定負載越大，可靠性就越低。

在電連接器生產(chǎn)過程中，質(zhì)量波動是客觀存在而又無法完全消除的。為確定質(zhì)量波動的大小，判斷波動是否超出允許范圍，必須按產(chǎn)品標準規(guī)定進行質(zhì)量一致性檢驗。它能真實反映產(chǎn)品的質(zhì)量波動程度和各項使用性能是否合格和穩(wěn)定可靠，實際評判產(chǎn)品的設(shè)計工藝水平。

電連接器的可靠性分析

產(chǎn)品可靠性是設(shè)計出來的，制造出來的，管理出來的。設(shè)計、材料和工藝水平以及技術(shù)集成度，是決定產(chǎn)品質(zhì)量一致性的關(guān)鍵因素。發(fā)達國家憑借優(yōu)化設(shè)計、材料和高度自動化零部件加工和裝配技術(shù)，配上先進的柔性加工和在線質(zhì)量控制技術(shù)，有效控制全生產(chǎn)過程質(zhì)量，在實現(xiàn)大規(guī)模、高效率、低成本批量同時，保證了產(chǎn)品質(zhì)量一致性和高可靠性。而我國部分連接器企業(yè)質(zhì)量管理重點至今還停留于產(chǎn)品完工后的傳統(tǒng)“三檢”。不能從產(chǎn)品質(zhì)量的事后檢驗轉(zhuǎn)移到對生產(chǎn)過程質(zhì)量控制，這是我國與進口同類電連接器產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性存在差距的重要因。

電連接器產(chǎn)品可靠性源于失效分析。組裝成電連接器的接觸件、絕緣體、殼體、定位鎖緊裝置和尾部附件等五個關(guān)鍵零件，在產(chǎn)品設(shè)計、工藝、檢驗、選用、貯存和操作等生產(chǎn)或使用過程中每個環(huán)節(jié)，由于各種原因都有可能出現(xiàn)接觸不良、絕緣不良、固定不良和密封不良等失效故障。

電連接器失效機理分析是企業(yè)的重要信息資源和寶貴財富。企業(yè)必須認真總結(jié)分析生產(chǎn)和使用過程中產(chǎn)生的常見病、多發(fā)病原因，舉一反三采取改進措施，才能提高電連接器可靠性。電連接器可靠性包括固有可靠性和使用可靠性二方面（圖1）。

圖 1 影響電連接器可靠性的主要因素

?固有可靠性

電連接器的固有可靠性一般是指產(chǎn)品制造完成時所具有的可靠性，它取決于電連接器的設(shè)計、工藝、制造、管理和原材料性能等諸多因素。產(chǎn)品制作完成后，其失效模式和失效機理已固定。因此，只有在可靠性設(shè)計基礎(chǔ)上保證生產(chǎn)線上采取嚴格的可靠性技術(shù)措施（生產(chǎn)工藝控制、生產(chǎn)環(huán)境條件控制、各工序過程質(zhì)量檢測等），才能保證電連接器產(chǎn)品的固有可靠性。判定產(chǎn)品固有可靠性高低時，除考核同一批次產(chǎn)品質(zhì)量以外，還應(yīng)考核不同批次產(chǎn)品質(zhì)量一致性以及產(chǎn)品使用壽命長短的質(zhì)量一致性。

1 設(shè)計可靠性

在產(chǎn)品設(shè)計階段應(yīng)考慮其在使用過程中可能出現(xiàn)的各種失效，分析其失效模式和機理，并從材料選用、結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝等方面采取相應(yīng)措施加以防范。

合理選材是保證連接器電性能和可靠性的重要前提，反之，則往往由于設(shè)計先天不足造成許多隱患。如某手機調(diào)試發(fā)現(xiàn)顯示屏無顯示，經(jīng)分析故障與連接主板與顯示屏的連接器接觸片材料有關(guān)，彈性不良的銅鎳合金接觸片造成變形或卡死不能復(fù)位。設(shè)計結(jié)構(gòu)形式是決定產(chǎn)品可靠性的重要因素。如某圓形連接器組件，用戶在牢固性檢查時發(fā)現(xiàn)卡環(huán)裝配不到位，造成整個連接器解體失效(圖 2)。

圖 2 連接器解體失效

圖 3 檔圈與連接環(huán)間隙 1.3mm 改為 0.8mm

分析認為是由于檔圈與連接環(huán)的間隙過大，當連接環(huán)定位槽深度不夠或卡環(huán)彈性不足時，在外來扭矩或其它旋轉(zhuǎn)力作用下有可能使卡環(huán)旋出。后改進設(shè)計，縮小檔圈與連接環(huán)間隙為0.8mm(圖 3)。經(jīng)驗證明，即使卡環(huán)彈性不足，也不會因受力后從連接環(huán)定位槽中旋出。

2 工藝可靠性

電連接器產(chǎn)品優(yōu)劣在很大程度上取決于加工工藝手段的先進與否。殼體的加工工藝、絕緣體的注塑和膠接、接觸件的成型和鍍金工藝、連接器總裝工藝和與線纜的端接工藝等，都對產(chǎn)品固有可靠性至關(guān)重要。

宇航用低頻圓形電連接器標準規(guī)定：殼體應(yīng)是個整體結(jié)構(gòu)，并保證絕緣體固定在一個固定位置上，在軸向用機械方法不能移動和相對轉(zhuǎn)動。以保證組裝在連接器中插針接觸件插合端位置度≤0.61mm；插孔接觸件插合端位置度≤0.38mm。過去曾多次發(fā)生由于絕緣體固定不良造成插針接觸件位置度超差折彎，不能正常插合的事故(圖 4)。

圖 4 插合端位置度超差插針折彎

圖 5 鷹爪插孔裝配失誤鷹爪脫出

3 檢驗可靠性

在產(chǎn)品工藝篩選過程中必須按標準規(guī)定的質(zhì)量水平嚴格控制不合格率（AQL）。超過不合格率時應(yīng)進行失效分析查清因，并采取有效的改進措施。手工工藝篩選剔除早期失效產(chǎn)品費工費時、效率低，且易出現(xiàn)漏檢或錯檢。智能化柔性加工和在線質(zhì)量控制技術(shù)能有效控制生產(chǎn)過程質(zhì)量，在實現(xiàn)大規(guī)模、效、低成本批產(chǎn)同時保證產(chǎn)品質(zhì)量一致性。

如某用戶用機器視覺在線檢測自動裝配的插孔接觸件和絕緣體組件時，發(fā)現(xiàn)有一個 20#插孔中鷹爪脫出(圖 5)。經(jīng)分析該插孔為定制的非標準鷹爪插孔，需特制工裝模具才能進行自動化裝配。分析認為是由于供方為趕交貨期采用手工裝配，卷邊收口質(zhì)量一致性差，個別插孔卷邊收口不充分。手工組裝產(chǎn)品沒有 100％在線視覺檢測，造成偶然插孔鷹爪脫落。

?使用可靠性

使用可靠性是指電連接器產(chǎn)品用于整機系統(tǒng)所具有的可靠性。它不僅與固有可靠性有關(guān)，且與產(chǎn)品從制造出廠至失效所經(jīng)歷的工作與非工作條件有關(guān)。如果產(chǎn)品在使用過程中遇到各種不適應(yīng)的電、熱、機械和化學(xué)等應(yīng)力的作用，即使使用經(jīng)二次補充篩選的產(chǎn)品仍會出現(xiàn)失效。

1 選型可靠性

電連接器使用可靠性與用戶正確選型關(guān)系密切。用戶應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場使用實際要求，選擇最適當?shù)漠a(chǎn)品型號和規(guī)格。整機系統(tǒng)設(shè)計人員選用電連接器時缺乏對產(chǎn)品技術(shù)特性指標了解，往往會造成選型不當?shù)氖Ч收稀Ｈ缒撤揽諏?dǎo)彈研制初期聯(lián)時，某 4 芯圓形電連接器瞬間電流達20A，而設(shè)計選用的電連接器產(chǎn)品額定電流僅為 5A，導(dǎo)致試驗時絕緣體燒焦，接觸件部分熔化。

2 貯存可靠性

電連接器使用可靠性與產(chǎn)品使用前貯存條件有關(guān)。貯存環(huán)境溫度、濕度、清潔度和腐蝕性氣體、有效貯存期、超期復(fù)驗等都將影響產(chǎn)品性能參數(shù)，特別是濕度對絕緣電阻檢測結(jié)果尤為敏感。如某型號用玻璃燒結(jié)密封連接器組件振動試驗時出現(xiàn)信號不穩(wěn)定，插針與殼體間形成短路。分析認為是由于貯存環(huán)境條件差，鍍層起皮產(chǎn)生的金屬多余物粘連于接觸件與殼體間(圖 6)。

圖 6 接觸件與殼體間金屬多余物粘連

圖 7 定位半月槽周邊部分絕緣體熔化

3 操作可靠性

使用電連接器時由于人為操作失誤，會直接影響整機系統(tǒng)的可靠性。為保證電連接器的使用可靠性，操作人員應(yīng)首先了解產(chǎn)品技術(shù)特性。不得過負荷、過應(yīng)力使用，應(yīng)按操作使用規(guī)程正確插合分離，避免燒壞或損傷電連接器。連接前應(yīng)檢查是否存在多余物，是否有外殼銹蝕、針孔異樣、鎖緊機構(gòu)不靈活等現(xiàn)象，避免尾罩受力松動和電纜線芯受力損傷。

連接不具備防誤插功能電連接器前，必須認真核實產(chǎn)品型號、標識是否相對應(yīng)，并準確定位，防止反插或誤插。為保證連接器與電線電纜端接可靠性，應(yīng)嚴格按規(guī)范選用合適的型號規(guī)格連接導(dǎo)線和接線工具，掌握正確的焊接、壓接、繞接等工藝。如某圓形連接器在聯(lián)試對接時發(fā)現(xiàn)第 15 芯插孔軸向竄動 2mm，經(jīng)解剖發(fā)現(xiàn)該芯插孔安裝孔定位半月槽周邊部分絕緣體熔化(圖7)，分析認為是由于焊接時間過長所致。

電連接器的質(zhì)量問題分析