關(guān)于連接器接線松脫失效問題研究

作者：戴銀燕 ,張樂,項永金,黃宇,濮學(xué)蕊,王奎（格力電器（合肥）有限公司,安徽合肥,230088）時間：2020-11-23 來源：電子產(chǎn)品世界

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編者按：連接器廣泛應(yīng)用于航空、航天、國防等軍用和民用系統(tǒng)中,是實現(xiàn)電氣連接和信號傳遞的基礎(chǔ)元件。電連接器可靠性的高低與系統(tǒng)的安全可靠運行息息相關(guān)。因此研究連接器接觸可靠性，增加抗拉力，避免接線松脫是目前急需要解決的問題。本文以家電用控制器主板上的連接器為例，闡述連接器接線松脫的解決方案，為后續(xù)的連接器可靠性提升奠定基礎(chǔ)。

本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/202011/420546.htm

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(yán)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?yán)?shù)據(jù)如表1。

表1 針座與針芯保持力測試數(shù)據(jù)

樣品編號	針與塑殼保持力（拉力方向傾斜45度角）	針與塑殼保持力（拉力方向豎直引線）
1#	67	62
2#	66	61
3#	44	49
4#	48	53
5#	52	45
6#	45	46

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

凹槽結(jié)構(gòu)		十字結(jié)構(gòu)
樣品	拉脫力值（N）	樣品	拉脫力值（N）
1#	56	1#	測試值超過120N未拉脫
2#	62	2#	測試值超過120N未拉脫
3#	88	3#	測試值超過120N未拉脫
4#	72	4#	測試值超過120N未拉脫
5#	63	5#	測試值超過120N未拉脫
6#	81	6#	測試值超過120N未拉脫
7#	57	7#	測試值超過120N未拉脫
8#	65	8#	測試值超過120N未拉脫
9#	58	9#	測試值超過120N未拉脫
10#	64	10#	測試值超過120N未拉脫
平均值	66.6		＞120

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

樣品狀態(tài)	更改前		更改后
拉力值 (單位：N)	44	48	81	80
	40	50	84	73
	48	63	86	58
	50		76	79
	52	35	79	85
	43	41	80	81
	46	50	89	81
	52		79	78
	45	52	78	83
	36	33	80	78
平均值	46.5		79.4
最小值	33		58
最大值	63		89

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(rèn)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。