關(guān)于連接器接線松脫失效問題研究

0前言

連接器，即CONNECTOR。國內(nèi)亦稱作接插件、插頭和插座，一般是指電器連接器。即連接兩個有源器件的器件，傳輸電流或信號。它的作用至關(guān)重要，即在電路內(nèi)被阻斷處或孤立不通的電路之間，架起溝通的橋梁，從而使電流流通，使電路實現(xiàn)預(yù)定的功能。連接器是電子設(shè)備中不可缺少的部件，順著電流流通的通路觀察，你總會發(fā)現(xiàn)有一個或多個連接器。連接器形式和結(jié)構(gòu)是千變?nèi)f化的，隨著應(yīng)用對象、頻率、功率、應(yīng)用環(huán)境等不同，有各種不同形式的連接器。例如，球場上點燈用的連接器和硬盤驅(qū)動器的連接器，以及點燃火箭的連接器是大不相同的。但是無論什么樣的連接器，都要保證電流順暢連續(xù)和可靠的流通。 因此增強連接器插頭（本文指塑殼連接器）、插座（本文指針座）抗拉強度是首要解決的問題。

圖1 針座塑殼松脫

1    事件背景

實際生產(chǎn)應(yīng)用中連接器經(jīng)常會出現(xiàn)不同形式的失效，如針座針芯斷、少針、針座塑殼脫出（圖1）、針座與線連接器松脫（圖2），以上故障中第3、4種失效模式隱患更大，兩者接觸不良直接導(dǎo)致接觸電阻增大，嚴重還有可能出現(xiàn)打火燒壞。

分析原因線連接器與針座裝配完成后，由于連接器線較長，實際生產(chǎn)周轉(zhuǎn)過程受力概率較大，如塑殼與針芯之間保持力較小，就會出現(xiàn)接線松脫問題。

圖2 針座與線連接器松脫

2  可靠性提升方案

2.1針座松脫可靠性提升方案——針芯改為十字結(jié)構(gòu)

2.1.1 現(xiàn)有結(jié)構(gòu)分析

經(jīng)過對塑殼松脫的針座解剖發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部針芯為凹槽結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)針芯整體表面較平整，針座生產(chǎn)過程是塑殼先成型，然后將針芯沖壓進塑殼對應(yīng)孔內(nèi)，實際針芯凹槽內(nèi)部無填充塑殼，即凹槽對針座保持力作用很小。在針座受不同方向力即出現(xiàn)松脫現(xiàn)象，測試拉力數(shù)據(jù)如表1。

表1 針座與針芯保持力測試數(shù)據(jù)

具體操作方法及測試結(jié)果：將針座焊接在PCB板上，插上對應(yīng)線連接器，出現(xiàn)兩種情況：

1）豎直拉線連接器60-70N時，線連接器與針座分離，針座上的塑殼與針芯未出現(xiàn)松脫。

2）斜約45°角拉感溫包引線40-45N時，感溫包端子與針座未分離，針座上的塑殼與針芯出現(xiàn)松脫。

總結(jié)：從測試情況看，針座受力拉脫力值在40—60N，針座保持力值較小，該力值實際很難滿足生產(chǎn)操作，通過操作很難杜絕，需要從結(jié)構(gòu)上改善。

2.1.2可靠性提升方案

從針芯結(jié)構(gòu)上更改，將凹槽結(jié)構(gòu)更改為十字結(jié)構(gòu)，更改前后如圖3、圖4。

圖3 凹槽結(jié)構(gòu)

圖4 十字結(jié)構(gòu)

行業(yè)內(nèi)已經(jīng)有此種結(jié)構(gòu)針座，對比針芯與塑殼保持力發(fā)現(xiàn)十字結(jié)構(gòu)針座裝板很難拉脫，兩種結(jié)構(gòu)各測試10組數(shù)據(jù)如表2。

表2 針座凹槽、十字結(jié)構(gòu)拉脫力值測試數(shù)據(jù)對比

總結(jié)：從上表對比數(shù)據(jù)看，針芯與塑殼之間的保持力，十字結(jié)構(gòu)的針芯保持力明顯高于凹槽結(jié)構(gòu)。另外，從更改前后結(jié)構(gòu)看十字針芯圓弧過渡，該結(jié)構(gòu)針芯折彎應(yīng)力較小，不易折斷。

2.1.3分析驗證結(jié)論

通過實驗驗證對比分析，針座針芯使用十字結(jié)構(gòu)可以大幅度提升針與塑殼直接的拉脫力值，實際整改效果顯著。

針座全部采取十字結(jié)構(gòu)可以有效解決針斷不良（凹槽結(jié)構(gòu)針倒R圓角，本身就會產(chǎn)生應(yīng)力如果倒角出現(xiàn)不良，針很容易受力斷，且凹槽結(jié)構(gòu)針座針與塑殼結(jié)合力低），十字結(jié)構(gòu)針抗彎折能力高，即使彎折也不易斷裂。

圖5 線連接器結(jié)構(gòu)圖

2.2 線與針座松脫可靠性提升方案——線連接器保持器增加凸臺

2.2.1 現(xiàn)有結(jié)構(gòu)分析

常用塑殼連接器結(jié)構(gòu)如圖5，包括塑殼、卡扣、保持器、引線。

卡扣與塑殼之間有一定的間隙（如圖6），如使用過程按壓到卡扣上部，卡扣尾部即起翹與針座脫落（如圖7），出現(xiàn)接線松脫，連接斷開（如圖8）。

圖6 卡扣與塑殼存在間隙

實際生產(chǎn)過程中通過對線連接器與針座表面打膠固定（如圖9），可避免接線松脫，但是這種方式既耗費材料又增加工時，不是最優(yōu)的方案，需要從物料結(jié)構(gòu)上改善。

圖7 按壓卡扣尾部起翹

2.2.2 接線松脫可靠性提升方案

分析接線松脫原因為塑殼卡扣無法固定。從此點出發(fā)對結(jié)構(gòu)優(yōu)化，尋找固定卡扣的方式。通過對塑殼連接器現(xiàn)有結(jié)構(gòu)分析，可以對保持器結(jié)構(gòu)優(yōu)化，增加凸點，正好頂住塑殼卡扣的上部，限制卡扣的活動范圍。但是此凸點不能完全將卡扣固定死，否則無法裝配，凸點厚度尺寸在卡扣與塑殼距離的3/4為宜。這樣即不影響裝配，裝配后塑殼也不會脫落。更改前后產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)如圖10。對比更改前后線連接器與針座之間的保持力如表3。

表3 更改前后線連接器與針座之間的保持力

2.2.3 分析驗證結(jié)論

經(jīng)過對比結(jié)構(gòu)更改后線連接器與針座的保持力得到明顯提升，拉力平均值由46.5N提升到79.4N，同時更改后產(chǎn)品不再需要打膠固定，生產(chǎn)成本和生產(chǎn)工序得到優(yōu)化。

圖8  連線松脫

3  總結(jié)

本文通過對實際售后及生產(chǎn)過程投訴的接線松脫問題，歸結(jié)為兩大類：一是針座針芯與塑殼之間的松脫；二是線連接器與針座之間插裝的接線松脫。從解決根本問題出發(fā)，對使用環(huán)境及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)詳細分析，通過數(shù)據(jù)收集—失效分析—整改方案制定—方案實施—效果驗證等一系列解決問題的流程，最終對應(yīng)確認了兩個整改方案：一是針座針芯更改為十字結(jié)構(gòu)，二是線連接器保持器更改為二合一結(jié)構(gòu)，既能防止線芯端子脫落又能增強線連接器與塑殼之間的保持力，防止脫落，從而杜絕類似問題的重復(fù)發(fā)生，提高連接器接觸穩(wěn)定性，更方便快捷的實現(xiàn)信號傳輸。

圖9 打膠固定

4  連接器接線松脫問題整改的意義

通過對連接器接線松脫問題的解決，闡明了一種分析思路。即首先要了解器件結(jié)構(gòu)及各部件的作用，然后深入挖掘問題產(chǎn)生的根源。從管理思路向技術(shù)思路轉(zhuǎn)變，從器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化上提升產(chǎn)品質(zhì)量。

圖10 保持器更改前后對比圖

參考文獻：

[1] 余俊. 插拔對電連接器接觸性能退化規(guī)律影響的研究 [D]. 浙江理工大學(xué) 2016-12-30

[2] 黃波. 電連接器耦合失效機理及可靠性研究 [D]. 電子科技大學(xué) 2016-09-14

作者簡介：戴銀燕，1988年生，女，中級工程師，主要研究方向：電器元器件失效分析。

（本文來自于《電子產(chǎn)品世界》2020年11月期）