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电连接器的常见失效分析

电连接器的常见失效分析

来源:未知    澳门新葡8455手机版: 2014-04-30 08:01    次浏览  
1、引言 航天用电连接器主要担负着控制系统的电能传输和信号控制与传递,其质量好坏直接关系到整个系统工程的成败。为保证航天用电连接器的高质量和高可靠性,从设计选用开始到最后应用于卫星、飞船、导弹等重点型号产品,作为整个系统工程的质量管理过程,

1、引言
    航天用电连接器主要担负着控制系统的电能传输和信号控制与传递,其质量好坏直接关系到整个系统工程的成败。为保证航天用电连接器的高质量和高可靠性,从设计选用开始到最后应用于卫星、飞船、导弹等重点型号产品,作为整个系统工程的质量管理过程,应有相应的使用指南、试验规范和标准作为引导,并具有严格的法律约束性。
    但目前电连接器的各生产厂质量管理水平差距甚大,有相当一部分厂没有实行严格的质盘控制,导致电连接器的可靠性水平很低,往往成了电子设备或系统可靠性提不高的关键因素。因此,通过实践总结和分析电连接器的各种常见失效模式,揭示其不可靠的内在原因,并以此作为进一步改进设计和制造工艺、提高其质盘和可靠性的依据,已成为迫切需要解决的问题。
2、常见失效模式和失效机理
2.1、多余物
    电连接器内部存在的多余物,会造成信号随机失效。这是目前最令人担优的,其产生原因很多,主要有:
    a.设计选材和结构不合理
    由于插头插座选用硬度相差悬殊的异种材料,加上结构形式先天不足,构成了产生多余物的隐患。如某型号用的耐辐照圆形密封插头座,因密封性要求,插针和插座壳体选用与烧结玻璃膨胀系数相近的4J29低膨胀合金,而与其配合的插头螺母则选用硬度较低的HP 659-1黄铜。加上结构形式又为无卡口式的螺纹连接。最后,该密封圈在互换性检查时每装拆一次,就卷出长达6~7mm的金属丝。
    b,极层结合力差,起泡掉皮
    电镀前对壳体表面的预处理不良,镀铜后停留时间过长表面氧化或镀液成分不正常等,都会导致膜互换性检查时稍经装拆就极易剥离,特别是螺纹连接部位。严重时,甚至用粘胶纸贴标签时也会引起大面积镀膜剥离。
    c,加工精度及尺寸一致性差
    互换性检查时发现螺纹连接部位有残留的加工毛刺或公差配合尺寸过紧,将过盈金属切削下来而产生多余物。
2.2、接触不良
    接触不良会造成接触电阻大、导通不良,这也是电连接器的一个致命缺陷。
    从从微观角度分析,任何光滑的表面都是凹凸不平的。因此,两个接点接触时,不可能是整个接触面接触,而是有限点的接触。显然,实际接触面小于视在接触面,其差异决定于表面光滑程度和接触压力的大小。实际接触面分为两部分:一是金属与金属的直接接触,二是通过界面氧化而形成氧化膜,有机气体吸附膜或尘埃等所形成的沉积膜而相互接触。因此,造成接触电阻大,导通不良的原因主要有:
    a,集中电阵大
    集中电阻是指电流通过接触面时,由于接触面缩小而导致电流线收缩所显示的电阻。它是由接触压力或热作用破坏界面膜而形成金属与金属直接接触所构成的电阻。其大小与材料本身的特性、生产工艺(如粗糙度、电镀质量和热处理后的性能等)和接触压力等有关。
    当接触压力增大后,一方面由于接触触点的数量和面积逐渐增加,另一方面当接触面的压力超过材料屈服极限时,接触触点将从弹性形变过渡到塑性形变。因此,集中电阻将减小,最后趋于稳定。而插孔过大或接触簧片应力松弛都将使接触压力减小,集中电阻增大。
    为保证接触可靠和有一定的接触压力,电连接器装配前对插孔、插针都要进行的插拨力(分离力〕检查。装配成成品后也应按技术条件进行单孔和总的插拔力检查。
    b.膜层电扭大
    膜层电阻是指由于周围环境条件及有害气体的影响,造成接触表面形成膜层而构成的电阻。当电连接器插孔插针采用镀银时,加电压通断试验后发现碳、硫、锌、氧等有害元素会在接触表面大量出现。在表面生成了使接触电阻不稳定的氧化膜。氧化膜的生长与温度、湿度有很大的关系。温度越高、湿度越大,生长速度就越快,这是膜层电阻的主要来源之一。膜层电阻的另一来源是尘埃、松香、油污等在接触表面上机械附着、沉积,形成了较松散的表膜。由于这些带有微粒的物质极易嵌藏在接触表面的微观凹坑处,所以使有效的接触面积缩小,接触电阻增大,且极不稳定。
    航天用电连接器为保证接触的可靠性,一般插针、插孔均选用镀金接触件,并在生产过程和交收试验中严格按“七专”技术条件中镀金接触件抗腐蚀试验有关规定,进行镀金接触件抗腐蚀试验。
    另外,航天用电连器对贮存环境温度、湿度有严格要求,根据QJ2227-92“航天用电子元器件贮存和超期复验要求”,电连接器按其贮存环境条件分为三类(见表1)。
贮存环境条件分类
 
    有限贮存期与贮存环境条件有关。电连接器超过有限贮存期未经复验不得装机使用。超过了有限贮存期100%的电连接器,一般不准用于型号产品。
2 .3、绝缘不良(翻电、绝缘电阻低、击穿)
    连接器表面有受潮的尘埃、焊剂等污染物,有机材料析出物及有害气体吸附膜与表面水膜溶合形成离子性导电通道。如验收某型号圆形连接器发现绝缘电阻偏低,经酒精清洗、烘干后再侧仍有部分不合格。经剖解分析证实:造成绝缘电阻偏低的原因是部分绝缘体表面的污物难以清洗干净所致。
    为防止电连接器发生漏电、击穿等事故,一般交收试验时均应进行绝缘电阻和抗电强度试验,要求任何相邻的接触件之间,以及任一接触件与外壳之间的绝缘电阻应不小于500MΩ, 1000MΩ或5000 MΩ。要求任何相邻的接触件之间,以及任一接触件与外壳之间应能承受交流50Hz的试验电压为500、750、1000、1200或1500V作用lmin的试验,而无击穿和飞弧。
    必须注意的是,测童绝缘电阻与抗电强度试验是有区别的:测量绝缘电阻的电压是直流电,而抗电强度试验的电压是交流电。测量绝缘电阻用的电源功率大大低于抗电强度试验的电源功率。因此绝缘电阻高的电连接器不一定能承受较高的交流电压。
2.4、弹性元件断裂
    由于材质不良或热处理质量控制不当,造成作为电连接器锁紧装置的弹簧、压簧等弹性元件脆断、疲劳损坏等事故。如某圆形连接器交收试验时发现20套中就有7套压簧脆断。经查该批压资工艺图纸规定:65M n弹簧钢带淬回火后硬度HRC应控制在40~5,而实测为50~52,均大于规定值。
2.5、漏气
    航天用密封电连接器泄漏率应不大于有关标准规定。试验时将插座装入气密性试验箱中,然后在插座前后之间加上气压差,用一个放在低压一边的检侧器测出通过插座密封处的泄漏率。如某型号密封电连接器壳体与绝缘体之间采用771胶胶粘固化,密封性检查发现漏气。经分析原因是胶粘剂固化不完全,结合力差,固化后收缩产生较大空洞,最后导致漏气。
2.6、误插
    由于设计先天不足,把圆形或矩形的电连接器设计成轴对称。如某30芯的矩形电连接器,虽然插头、插座上都有相对应的芯数编号,但在实际使用中正擂、反插都能插入插座,这样就极易造成重大事故。故一般圆形电连接器应设计有带凹凸键槽的定位防误插装置。矩形电连接器的插头、插座应改成等腰梯形或芯数布局成不对称的。
2.7、装配失误
    有部分电连接器绝缘体采用上下座块胶仁合成一体,插孔又设计为轴对称的,结果很容易造成上下座块胶合时错位、装反。如某生产厂投产4芯的小圆形电连接器477只,出厂检验时就发现有14只上下座块的芯数编号标记错位、装反,即插座插孔一侧与带电缆罩的焊片一侧的芯数编号颠倒。
2 .8、安装尺寸不符
    验收时应对电连接器的主要安装尺寸按图纸要求进行复测,以防进入总装或临近发射状态,发生因安装尺寸不符造成难以安装定位的紧急事故。如某卫星用的127芯高真空电分离插头座,在技术阵地安装时曾发生过因括座上的法兰安装孔孔距偏大而无法与底座相对连接固定的事故。
3、提高产品可靠性水平的手段
    上述常见失效模式大多是在ioo%逐个出厂质量检验或下厂验收进行交收试验时发现的,也有个别是在总装时发现的。出厂检验或交收试验都是为剔除早期失效产品而进行的可靠性筛选。表2列出了电连接器各种常见失效模式相对应采用的可靠性筛选项目及分析仪器设备或工具。
    电连接器制作完成后,其失效模式和失效机理已固定。只有在可靠性设计基础上,保证生产线上严格采取可靠性技术措施,如生产工艺的严格控制、生产环境条件的控制、各工序过程中的检测等,才能保证电连接器的可靠性和稳定性。虽然可靠性筛选不能提高单个电连接器的可靠性,但通过筛选可剔除早期失效产品,提高整批电连接器的可靠性水平。
    为确保航天用电连接器质量和可靠性,下厂脸收时必须仔细检查生产每批产品的工艺筛选和例行试验等可靠性试验记录。并在此基础上100%逐个进行交收试脸,以进一步剔除在一次筛选中未能剔除的不合格产用品。对于卫星等要求特别稳定的电气系统的电连接器,还要按筛选技术条件进行二次筛选。
各种常见失效模式所采用的可靠性筛透项目及仪器设备
4、建议
    分析破坏的原因是失效分析的手段,寻找防止破坏的方法才是失效分析的目的。通过电连接器可靠性筛选发现各种失效模式和失效机理,可引出大量经验教训和排除各种隐患,为改进设计、工艺和使用法规提供科学依据。它也是修订和制订航天用电连接器技术条件的重要依据。为此建议加强以下两项工作,
    a.优选
    目前国内各电连接器生产厂的工艺质量控制水平差距很大。即使列入“航天型号电子元器件选用目录”的优选产品,目前发现多余物等的质量问题也很多。一些列入选用目录的生产厂往往还将产品下放到联营厂去生产,这样暴礴出的质里何题更为突出。
    因此,要确保重点型号电连接器的质里和可靠性,必须及时了解国内外各电连接器生产厂的设计可靠性、制作工艺水平、新产品研制和质量动态。设计人员要在调研和掌握信息的基础上,对各型号用的电连接器进行真正的优选。肯定和发现一批工艺成熟、质量稳定的产品,淘汰和删除一批质量不稳定的产品。国内质量和可靠性水平不能满足设计要求的产品,也可适当从国外引进。
    b.实行质量反债和闭环质童控制
    实践证明实行统一评审订货、统一下厂监制验收、统一二次筛选、统一失效分析和统一发放使用的闭环质量控制,对保证航天用电连接器的可靠性具有特殊重要的意义。在电连接器的设计、生产、侧试、贮存,整机的设计、调试、使用等各环长都可能引起电连接器的失效。通过认真的失效分析,找到引起失效的确切原因,就可将信息及时反馈到有关的环节,采取必要的改进措施.
    实行质量反馈和闭环质量控制,对提高电连接器的质量和可靠性有很好的促进和保证作用。
 


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