關(guān)于連接器接線(xiàn)松脫失效問(wèn)題研究

0前言

連接器，即CONNECTOR。國內亦稱(chēng)作接插件、插頭和插座，一般是指電器連接器。即連接兩個(gè)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(shí)現預定的功能。連接器是電子設備中不可缺少的部件，順著(zhù)電流流通的通路觀(guān)察，你總會(huì )發(fā)現有一個(gè)或多個(gè)連接器。連接器形式和結構是千變萬(wàn)化的，隨著(zhù)應用對象、頻率、功率、應用環(huán)境等不同，有各種不同形式的連接器。例如，球場(chǎng)上點(diǎn)燈用的連接器和硬盤(pán)驅動(dòng)器的連接器，以及點(diǎn)燃火箭的連接器是大不相同的。但是無(wú)論什么樣的連接器，都要保證電流順暢連續和可靠的流通。 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(wèn)題。

圖1 針座塑殼松脫

1    事件背景

實(shí)際生產(chǎn)應用中連接器經(jīng)常會(huì )出現不同形式的失效，如針座針芯斷、少針、針座塑殼脫出（圖1）、針座與線(xiàn)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致接觸電阻增大，嚴重還有可能出現打火燒壞。

分析原因線(xiàn)連接器與針座裝配完成后，由于連接器線(xiàn)較長(cháng)，實(shí)際生產(chǎn)周轉過(guò)程受力概率較大，如塑殼與針芯之間保持力較小，就會(huì )出現接線(xiàn)松脫問(wèn)題。

圖2 針座與線(xiàn)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——針芯改為十字結構

2.1.1 現有結構分析

經(jīng)過(guò)對塑殼松脫的針座解剖發(fā)現其內部針芯為凹槽結構。這種結構針芯整體表面較平整，針座生產(chǎn)過(guò)程是塑殼先成型，然后將針芯沖壓進(jìn)塑殼對應孔內，實(shí)際針芯凹槽內部無(wú)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松脫現象，測試拉力數據如表1。

表1 針座與針芯保持力測試數據

具體操作方法及測試結果：將針座焊接在PCB板上，插上對應線(xiàn)連接器，出現兩種情況：

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

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

總結：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(shí)際很難滿(mǎn)足生產(chǎn)操作，通過(guò)操作很難杜絕，需要從結構上改善。

2.1.2可靠性提升方案

從針芯結構上更改，將凹槽結構更改為十字結構，更改前后如圖3、圖4。

圖3 凹槽結構

圖4 十字結構

行業(yè)內已經(jīng)有此種結構針座，對比針芯與塑殼保持力發(fā)現十字結構針座裝板很難拉脫，兩種結構各測試10組數據如表2。

表2 針座凹槽、十字結構拉脫力值測試數據對比

總結：從上表對比數據看，針芯與塑殼之間的保持力，十字結構的針芯保持力明顯高于凹槽結構。另外，從更改前后結構看十字針芯圓弧過(guò)渡，該結構針芯折彎應力較小，不易折斷。

2.1.3分析驗證結論

通過(guò)實(shí)驗驗證對比分析，針座針芯使用十字結構可以大幅度提升針與塑殼直接的拉脫力值，實(shí)際整改效果顯著(zhù)。

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

圖5 線(xiàn)連接器結構圖

2.2 線(xiàn)與針座松脫可靠性提升方案——線(xiàn)連接器保持器增加凸臺

2.2.1 現有結構分析

常用塑殼連接器結構如圖5，包括塑殼、卡扣、保持器、引線(xiàn)。

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

圖6 卡扣與塑殼存在間隙

實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)對線(xiàn)連接器與針座表面打膠固定（如圖9），可避免接線(xiàn)松脫，但是這種方式既耗費材料又增加工時(shí)，不是最優(yōu)的方案，需要從物料結構上改善。

圖7 按壓卡扣尾部起翹

2.2.2 接線(xiàn)松脫可靠性提升方案

分析接線(xiàn)松脫原因為塑殼卡扣無(wú)法固定。從此點(diǎn)出發(fā)對結構優(yōu)化，尋找固定卡扣的方式。通過(guò)對塑殼連接器現有結構分析，可以對保持器結構優(yōu)化，增加凸點(diǎn)，正好頂住塑殼卡扣的上部，限制卡扣的活動(dòng)范圍。但是此凸點(diǎn)不能完全將卡扣固定死，否則無(wú)法裝配，凸點(diǎn)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(huì )脫落。更改前后產(chǎn)品的結構如圖10。對比更改前后線(xiàn)連接器與針座之間的保持力如表3。

表3 更改前后線(xiàn)連接器與針座之間的保持力

2.2.3 分析驗證結論

經(jīng)過(guò)對比結構更改后線(xiàn)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(shí)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(xiàn)松脫

3  總結

本文通過(guò)對實(shí)際售后及生產(chǎn)過(guò)程投訴的接線(xiàn)松脫問(wèn)題，歸結為兩大類(lèi)：一是針座針芯與塑殼之間的松脫；二是線(xiàn)連接器與針座之間插裝的接線(xiàn)松脫。從解決根本問(wèn)題出發(fā)，對使用環(huán)境及產(chǎn)品結構詳細分析，通過(guò)數據收集—失效分析—整改方案制定—方案實(shí)施—效果驗證等一系列解決問(wèn)題的流程，最終對應確認了兩個(gè)整改方案：一是針座針芯更改為十字結構，二是線(xiàn)連接器保持器更改為二合一結構，既能防止線(xiàn)芯端子脫落又能增強線(xiàn)連接器與塑殼之間的保持力，防止脫落，從而杜絕類(lèi)似問(wèn)題的重復發(fā)生，提高連接器接觸穩定性，更方便快捷的實(shí)現信號傳輸。

圖9 打膠固定

4  連接器接線(xiàn)松脫問(wèn)題整改的意義

通過(guò)對連接器接線(xiàn)松脫問(wèn)題的解決，闡明了一種分析思路。即首先要了解器件結構及各部件的作用，然后深入挖掘問(wèn)題產(chǎn)生的根源。從管理思路向技術(shù)思路轉變，從器件結構優(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(jiǎn)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(lái)自于《電子產(chǎn)品世界》2020年11月期）