關于連接器接線松脫失效問題研究

0前言

連接器，即CONNECTOR。國內亦稱作接插件、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，使電路實現預定的功能。連接器是電子設備中不可缺少的部件，順著電流流通的通路觀察，你總會發現有一個或多個連接器。連接器形式和結構是千變萬化的，隨著應用對象、頻率、功率、應用環境等不同，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

實際生產應用中連接器經常會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。

分析原因線連接器與針座裝配完成后，由于連接器線較長，實際生產周轉過程受力概率較大，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——針芯改為十字結構

2.1.1 現有結構分析

經過對塑殼松脫的針座解剖發現其內部針芯為凹槽結構。這種結構針芯整體表面較平整，針座生產過程是塑殼先成型，然后將針芯沖壓進塑殼對應孔內，實際針芯凹槽內部無填充塑殼，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，插上對應線連接器，出現兩種情況：

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，該力值實際很難滿足生產操作，通過操作很難杜絕，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

行業內已經有此種結構針座，對比針芯與塑殼保持力發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

通過實驗驗證對比分析，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，實際整改效果顯著。

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，本身就會產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 線連接器結構圖

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。

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。從此點出發對結構優化，尋找固定卡扣的方式。通過對塑殼連接器現有結構分析，可以對保持器結構優化，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。更改前后產品的結構如圖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 分析驗證結論

經過對比結構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，同時更改后產品不再需要打膠固定，生產成本和生產工序得到優化。

圖8  連線松脫

3  總結

本文通過對實際售后及生產過程投訴的接線松脫問題，歸結為兩大類：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，對使用環境及產品結構詳細分析，通過數據收集—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，最終對應確認了兩個整改方案：一是針座針芯更改為十字結構，二是線連接器保持器更改為二合一結構，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發生，提高連接器接觸穩定性，更方便快捷的實現信號傳輸。

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構及各部件的作用，然后深入挖掘問題產生的根源。從管理思路向技術思路轉變，從器件結構優化上提升產品質量。

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 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 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《電子產品世界》2020年11月期）