電連接器的可靠性與質(zhì)量問(wèn)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(duì)復(fù)雜系統(tǒng)而言，如航天系統(tǒng)，電連接器散布在各個(gè)系統(tǒng)和部位，負(fù)責(zé)著信號(hào)和能量的傳輸。其連接好壞，直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)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(guò)上百安培的大電流連接器到通過(guò)微弱信號(hào)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(mǎn)足使用要求所具有的屬性，即適用性。無(wú)論簡(jiǎn)單的產(chǎn)品，還是復(fù)雜的產(chǎn)品，都可把適用性或用戶(hù)的要求歸納為六個(gè)基本目標(biāo)；即技術(shù)性能、可靠性、安全性、適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性和時(shí)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(gè)質(zhì)量特性波動(dòng)性的大小程度。波動(dòng)性小、一致性好，使用可靠性高。反之，波動(dòng)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(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。在這個(gè)定義里，所謂規(guī)定條件，包括產(chǎn)品所處的環(huán)境條件、負(fù)載大小、工作方式和使用方法等。

上述六項(xiàng)波動(dòng)因素在不同的條件下，對(duì)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(jī)波動(dòng)或誤差，消除由于異常原因造成的系統(tǒng)波動(dòng)或誤差。

電連接器技術(shù)性能指標(biāo)和可靠性指標(biāo)既有聯(lián)系又有區(qū)別。產(chǎn)品不可靠，技術(shù)性能再先進(jìn)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(wú)從談起。同一電連接器產(chǎn)品依據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，由于技術(shù)指標(biāo)規(guī)定值的不同，會(huì)有不同的可靠性評(píng)價(jià)結(jié)果。低標(biāo)準(zhǔn)判為可靠的產(chǎn)品，按高標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)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(fù)載越大，可靠性就越低。

在電連接器生產(chǎn)過(guò)程中，質(zhì)量波動(dòng)是客觀存在而又無(wú)法完全消除的。為確定質(zhì)量波動(dòng)的大小，判斷波動(dòng)是否超出允許范圍，必須按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行質(zhì)量一致性檢驗(yàn)。它能真實(shí)反映產(chǎn)品的質(zhì)量波動(dòng)程度和各項(xiàng)使用性能是否合格和穩(wěn)定可靠，實(shí)際評(píng)判產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工藝水平。

電連接器的可靠性分析

產(chǎn)品可靠性是設(shè)計(jì)出來(lái)的，制造出來(lái)的，管理出來(lái)的。設(shè)計(jì)、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(dá)國(guó)家憑借優(yōu)化設(shè)計(jì)、材料和高度自動(dòng)化零部件加工和裝配技術(shù)，配上先進(jìn)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(guò)程質(zhì)量，在實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、高效率、低成本批量同時(shí)，保證了產(chǎn)品質(zhì)量一致性和高可靠性。而我國(guó)部分連接器企業(yè)質(zhì)量管理重點(diǎn)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(yàn)轉(zhuǎn)移到對(duì)生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制，這是我國(guó)與進(jìn)口同類(lèi)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(gè)關(guān)鍵零件，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝、檢驗(yàn)、選用、貯存和操作等生產(chǎn)或使用過(guò)程中每個(gè)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(jī)理分析是企業(yè)的重要信息資源和寶貴財(cái)富。企業(yè)必須認(rèn)真總結(jié)分析生產(chǎn)和使用過(guò)程中產(chǎn)生的常見(jiàn)病、多發(fā)病原因，舉一反三采取改進(jìn)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(shí)所具有的可靠性，它取決于電連接器的設(shè)計(jì)、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(jī)理已固定。因此，只有在可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上保證生產(chǎn)線上采取嚴(yán)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(guò)程質(zhì)量檢測(cè)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(shí)，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(zhǎng)短的質(zhì)量一致性。

1 設(shè)計(jì)可靠性

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段應(yīng)考慮其在使用過(guò)程中可能出現(xiàn)的各種失效，分析其失效模式和機(jī)理，并從材料選用、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、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(jì)先天不足造成許多隱患。如某手機(jī)調(diào)試發(fā)現(xiàn)顯示屏無(wú)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(jì)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(hù)在牢固性檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)卡環(huán)裝配不到位，造成整個(gè)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(rèn)為是由于檔圈與連接環(huán)的間隙過(guò)大，當(dāng)連接環(huán)定位槽深度不夠或卡環(huán)彈性不足時(shí)，在外來(lái)扭矩或其它旋轉(zhuǎn)力作用下有可能使卡環(huán)旋出。后改進(jìn)設(shè)計(jì)，縮小檔圈與連接環(huán)間隙為0.8mm(圖 3)。經(jīng)驗(yàn)證明，即使卡環(huán)彈性不足，也不會(huì)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(jìn)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(duì)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：殼體應(yīng)是個(gè)整體結(jié)構(gòu)，并保證絕緣體固定在一個(gè)固定位置上，在軸向用機(jī)械方法不能移動(dòng)和相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。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(guò)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(yàn)可靠性

在產(chǎn)品工藝篩選過(guò)程中必須按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的質(zhì)量水平嚴(yán)格控制不合格率（AQL）。超過(guò)不合格率時(shí)應(yīng)進(jìn)行失效分析查清因，并采取有效的改進(jìn)措施。手工工藝篩選剔除早期失效產(chǎn)品費(fèi)工費(fèi)時(shí)、效率低，且易出現(xiàn)漏檢或錯(cuò)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(guò)程質(zhì)量，在實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、效、低成本批產(chǎn)同時(shí)保證產(chǎn)品質(zhì)量一致性。

如某用戶(hù)用機(jī)器視覺(jué)在線檢測(cè)自動(dòng)裝配的插孔接觸件和絕緣體組件時(shí)，發(fā)現(xiàn)有一個(gè) 20#插孔中鷹爪脫出(圖 5)。經(jīng)分析該插孔為定制的非標(biāo)準(zhǔn)鷹爪插孔，需特制工裝模具才能進(jìn)行自動(dòng)化裝配。分析認(rèn)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(gè)別插孔卷邊收口不充分。手工組裝產(chǎn)品沒(méi)有 100％在線視覺(jué)檢測(cè)，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(jī)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(guò)程中遇到各種不適應(yīng)的電、熱、機(jī)械和化學(xué)等應(yīng)力的作用，即使使用經(jīng)二次補(bǔ)充篩選的產(chǎn)品仍會(huì)出現(xiàn)失效。

1 選型可靠性

電連接器使用可靠性與用戶(hù)正確選型關(guān)系密切。用戶(hù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用實(shí)際要求，選擇最適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品型號(hào)和規(guī)格。整機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員選用電連接器時(shí)缺乏對(duì)產(chǎn)品技術(shù)特性指標(biāo)了解，往往會(huì)造成選型不當(dāng)?shù)氖Ч收?。如某防空?dǎo)彈研制初期聯(lián)時(shí)，某 4 芯圓形電連接器瞬間電流達(dá)20A，而設(shè)計(jì)選用的電連接器產(chǎn)品額定電流僅為 5A，導(dǎo)致試驗(yàn)時(shí)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(yàn)等都將影響產(chǎn)品性能參數(shù)，特別是濕度對(duì)絕緣電阻檢測(cè)結(jié)果尤為敏感。如某型號(hào)用玻璃燒結(jié)密封連接器組件振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)信號(hào)不穩(wěn)定，插針與殼體間形成短路。分析認(rèn)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(shí)由于人為操作失誤，會(huì)直接影響整機(jī)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(guò)負(fù)荷、過(guò)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(jī)構(gòu)不靈活等現(xiàn)象，避免尾罩受力松動(dòng)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(rèn)真核實(shí)產(chǎn)品型號(hào)、標(biāo)識(shí)是否相對(duì)應(yīng)，并準(zhǔn)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(yán)格按規(guī)范選用合適的型號(hào)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(duì)接時(shí)發(fā)現(xiàn)第 15 芯插孔軸向竄動(dòng) 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(rèn)為是由于焊接時(shí)間過(guò)長(zhǎng)所致。

電連接器的質(zhì)量問(wèn)題分析