连接器可靠性及其测试方法精品PPT课件

第1页共9页连接器检验方法上海航天技术研究院808所杨奋为不论是高频电连接器，还是低频电连接器，接触电阻、绝缘电阻和介质耐压（又称抗电强度）都是保证电连接器能正常可靠地工作的最基本的电气参数。通常在电连接器产品技术条件的质量一致性检验A、B组常规交收检验项目中都列有明确的技术指标要求和试验方法。这三个检验项目也是用户判别电连接器质量和可靠性优劣的重要依据。但根据作者多年来从事电连接器检验的实践发现；目前各生产厂之间以及生产厂和使用厂之间，在具体执行有关技术条件时尚存在许多不一致和差异，往往由于采用的仪器、测试工装、操作方法、样品处理和环境条件等因素的不同，直接影响到检验结果的准确性和一致性。为此，作者认为：针对目前这三个常规电性能检验项目在实际操作中存在的问题进行一些专题研讨，对提高电连接器检验可靠性是十分有益的。另外，随着电子信息技术的迅猛发展，新一代的多功能自动检测仪正在逐步替代原有的单参数测试仪。这些新型测试仪器的应用必将大大提高电性能的检测速度、效率和准确可靠性。具体：2接触电阻检验2.1作用原理在显微镜下观察连接器接触件的表面，尽管镀金层十分光滑，则仍能观察到5-10微米的凸起部分。会看到插合的一对接触件的接触，并不是整个接触面的接触，而是散布在接触面上一些点的接触。实际接触面必然小于理论接触面。根据表面光滑程度及接触压力大小，两者差距有的可达几千倍。实际接触面可分为两部分；一是真正金属与金属直接接触部分。即金属间无过渡电阻的接触微点，亦称接触斑点，它是由接触压力或热作用破坏界面膜后形成的。这部分约占实际接触面积的5-10%。二是通过接触界面污染薄膜后相互接触的部分。因为任何金属都有返回原氧化物状态的倾向。实际上，在大气中不存在真正洁净的金属表面，即使很洁净的金属表面，一旦暴露在大气中，便会很快生成几微米的初期氧化膜层。例如铜只要2-3分钟，镍约30分钟，铝仅需2-3秒钟，其表面便可形成厚度约2微米的氧化膜层。即使特别稳定的贵金属金，由于它的表面能较高，其表面也会形成一层有机气体吸附膜。此外，大气中的尘埃等也会在接触件表面形成沉积膜。因而，从微观分析任何接触面都是一个污染面。综上所述，真正接触电阻应由以下几部分组成；1)集中电阻电流通过实际接触面时，由于电流线收缩（或称集中）显示出来的电阻。将其称为集中电阻或收缩电阻。2)膜层电阻由于接触表面膜层及其他污染物所构成的膜层电阻。从接触表面状态分析；表面污染膜可分为较坚实的薄膜层和较松散的杂质污染层。故确切地说，也可把膜层电阻称为界面电阻。3)导体电阻第页共9页2实际测量电连接器接触件的接触电阻时，都是在接点引出端进行的，故实际测得的接触电阻还包含接触表面以外接触件和引出导线本身的导体电阻。导体电阻主要取决于金属材料本身的导电性能，它与周围环境温度的关系可用温度系数来表征。为便于区分，将集中电阻加上膜层电阻称为真实接触电阻。而将实际测得包含有导体电阻的称为总接触电阻。在实际测量接触电阻时，常使用按“开尔文电桥四端子法”原理设计的接触电阻测试仪（毫欧计），其专用夹具夹在被测接触件端接部位两端，故实际测量的总接触电阻R由以下三部分组成，可由下式表示：R=RC+Rf+Rp,式中：RC—集中电阻；Rf—膜层电阻；Rp—导体电阻。接触电阻检验目的是确定电流流经接触件的接触表面的电触点时产生的电阻。如果有大电流通过高阻触点时，就可能产生过分的能量消耗，并使触点产生危险的过热现象。在很多应用中要求接触电阻低且稳定，以使触点上的电压降不致影响电路状况的精度。测量接触电阻除用毫欧计外,也可用伏-安计法，安培-电位计法。在连接微弱信号电路中，设定的测试参数条件对接触电阻检测结果有一定影响。因为接触表面会附有氧化层，油污或其他污染物，两接触件表面会产生膜层电阻。由于膜层为不良导体，随膜层厚度增加，接触电阻会迅速增大。膜层在高的接触压力下会机械击穿，或在高电压、大电流下会发生电击穿。但对某些小型连接器设计的接触压力很小，工作电流电压仅为mA和mV级，膜层电阻不易被击穿，接触电阻增大可能影响电信号的传输。在GB5095“电子设备用机电元件基本试验规程及测量方法”中的接触电阻测试方法之一，“接触电阻-毫伏法”规定，为防止接触件上膜层被击穿，测试回路交流或直流的开路峰值电压应不大于20mV，交流或直流的测试中电流应不大于100mA。在GJB1217“电连接器试验方法”中规定有“低电平接触电阻”和“接触电阻”两种试验方法。其中低电平接触电阻试验方法基本内容与上述GB5095中的接触电阻-毫伏法相同。目的是评定接触件在加上不改变物理的接触表面或不改变可能存在的不导电氧化薄膜的电压和电流条件下的接触电阻特性。所加开路试验电压不超过20mV，试验电流应限制在100mA。在这一电平下的性能足以表现在低电平电激励下的接触界面的性能。而接触电阻试验方法目的是测量通过规定电流的一对插合接触件两端或接触件与测量规之间的电阻。通常采用这一试验方法施加的规定电流要比前一种试验方法大得多。如国军标GJB101“小圆形快速分离耐环境电连接器总规范”中规定；测量时电流为1A，接触对串联后，测量每对接触对的电压降，取其平均值换算成接触电阻值。2.2影响因素主要受接触件材料、正压力、表面状态、使用电压和电流等因素影响。1)接触件材料电连接器技术条件对不同材质制作的同规格插配接触件，规定了不同的接触电阻考核指标。如小圆形快速分离耐环境电连接器总规范GJB101-86规定，直径为1mm的插配接触件接触电阻，铜合金≤5mΩ,铁合金≤15mΩ。第页共9页32)正压力接触件的正压力是指彼此接触的表面产生并垂直于接触表面的力。随正压力增加，接触微点数量及面积也逐渐增加，同时接触微点从弹性变形过渡到塑性变形。由于集中电阻逐渐减小，而使接触电阻降低。接触正压力主要取决于接触件的几何形状和材料性能。3)表面状态接触件表面一是由于尘埃、松香、油污等在接点表面机械附着沉积形成的较松散的表膜，这层表膜由于带有微粒物质极易嵌藏在接触表面的微观凹坑处，使接触面积缩小，接触电阻增大，且极不稳定。二是由于物理吸附及化学吸附所形成的污染膜，对金属表面主要是化学吸附，它是在物理吸附后伴随电子迁移而产生的。故对一些高可靠性要求的产品，如航天用电连接器必须要有洁净的装配生产环境条件，完善的清洗工艺及必要的结构密封措施，使用单位必须要有良好的贮存和使用操作环境条件。4)使用电压使用电压达到一定阈值，会使接触件膜层被击穿，而使接触电阻迅速下降。但由于热效应加速了膜层附近区域的化学反应，对膜层有一定的修复作用。于是阻值呈现非线性。在阈值电压附近，电压降的微小波动会引起电流可能二十倍或几十倍范围内变化。使接触电阻发生很大变化，不了解这种非线性，就会在测试和使用接触件时产生错误。5)电流当电流超过一定值时，接触件界面微小点处通电后产生的焦耳热（）作用而使金属软化或熔化，会对集中电阻产生影响，随之降低接触电阻。2.3问题研讨1)低电平接触电阻检验考虑到接触件膜层在高接触压力下会发生机械击穿或在高电压、大电流下会发生电击穿。对某些小体积的连接器设计的接触压力相当小，使用场合仅为mV或mA级，膜层电阻不易被击穿，可能影响电信号的传输。故国军标GJB1217-91电连接器试验方法中规定了两种试验方法。即低电平接触电阻试验方法和接触电阻试验方法。其中低电平接触电阻试验目的是评定接触件在加上不能改变物理的接触表面或不改变可能存在的不导电氧化薄膜的电压和电流条件下的接触电阻特性。所加开路试验电压不超过20mV，而试验电流应限制在100mA，在这一电平下的性能足以满足以表现在低电平电激励下的接触界面的性能。而接触电阻试验目的是测量通过规定电流的一对插合接触件两端或接触件与测量规之间的电阻，而此规定电流要比前者大得多，通常规定为1A。2)单孔分离力检验为确保接触件插合接触可靠，保持稳定的正压力是关键。正压力是接触压力的一种直接指标，明显影响接触电阻。但鉴于接触件插合状态的正压力很难测量，故一般用测量插合状态的接触件由静止变为运动的单孔分离力来表征插针与插孔正在接触。通常电连接器技术条件规定的分离力要求是用实验方法确定的，其理论值可用下式表达。F=FN·μ式中FN为正压力，μ为摩擦系数。由于分离力受正压力和摩擦系数两者制约。故决不能认为分离力大，就正压力大接触可靠。现在随着接触件制作精度和表面镀层质量的提高，将分离力控制在一个恰当的水平上即可保证接触可靠。作者在实践中发现，单孔分离力过小，在受振动冲击载荷时有可能造成信号瞬断。用测单孔分离力评定接触可靠性比测接触电阻有效。因为在实际检验中接触电阻件很少出现不合格，单孔分离力偏低超差的插孔，第页共9

连接器 特征阻抗 测试方法

连接器的特征阻抗是指连接器在工作频率下的阻抗特性，它是连接器在电信号传输中的重要参数之一。连接器的特征阻抗受到连接器结构、材料、制造工艺等多方面因素的影响。一般来说，特征阻抗是指连接器在工作频率下的阻抗大小和阻抗匹配的稳定性。

连接器的特征阻抗对于信号传输具有重要影响。在信号传输中，如果连接器的特征阻抗与信号源或负载的阻抗不匹配，就会导致信号的反射、损耗和失真。因此，连接器的特征阻抗需要进行测试以确保其符合设计要求。

连接器特征阻抗的测试方法一般包括两种，一种是基于网络分析仪的测试方法，另一种是基于时域反射法的测试方法。

基于网络分析仪的测试方法通过将连接器与网络分析仪相连，利用网络分析仪的频率扫描功能和S参数测量功能，可以得到连接器在工作频率下的S参数，从而计算出连接器的特征阻抗。

基于时域反射法的测试方法则是利用时域反射仪或者示波器等设备，通过向连接器发送短脉冲信号，测量信号在连接器中传播的时间和幅度，从而计算出连接器的特征阻抗。

除了这两种常见的测试方法外，还可以利用阻抗分析仪、矢量网络分析仪等设备进行连接器特征阻抗的测试。

在进行连接器特征阻抗测试时，需要注意测试环境的稳定性和准确性，以及测试设备的校准和精度。此外，还需要根据连接器的工作频率范围选择合适的测试方法和设备，以确保测试结果的准确性和可靠性。

可靠性与故障分析　中阖彀俺ｚ程２００６．０８　

文章编号：１６７１—０７１　１（２００６）０８—００３６—０３　

杨澄波　（上海航天电子通讯设备研究所，上海２０００００）　摘要：航天电连接器连接好坏直接关系到整个系统的安全可靠运行。本文对电连接器进行了可靠性分析，　介绍了保证电连接器可靠性的措施及可靠性预计。　关键词：航天；电连接器；可靠性；分析　中图分类号：Ｖ４３３　文献标识码：Ｂ　

电连接器及其组件是航天系统工程重要的配套　接口元件，散布在各个系统和部位，负责着信号和　能量的传输。其连接好坏，直接关系到整个系统的　安全可靠运行。由电连接器互连组成各种电路，从　高频到低频、从圆形到矩形、从通过上百安培的大　电流连接器到通过微弱信号的高密度连接器、从普　通印制板连接器到快速分离脱落等特种连接器，几　乎所有类型品种的电连接器在航天系统工程中都得　到了大量应用。　例如某型号地面设备就使用了各种电连接器　４Ｏ０套。任何一个电连接器接点失灵，都将导致航　天器的发射和飞行失败。战术导弹弹体内的导引　头、战斗机、发动机、自动驾驶仪等关键部件，都　是通过由电连接器为基础器件，使成百上千个接点　的电缆网组成一个完整的武器互连系统，一个接点　出现故障，即会导致整个武器系统的失效。　一、航天电连接器的可靠性分析　电连接器的可靠性包括固有可靠性和使用可靠　性两方面。图１列出了影响电连接器可靠性的主要　因素。　１．固有可靠性　电连接器的固有可靠性一般是指电连接器制造　完成时所具有的可靠性，它取决于电连接器的设　计、工艺、制造、管理和原材料性能等诸多因素。　电连接器制作完成后，其失效模式和失效机理已固　定，因此只有在可靠性设计的基础上，保证生产线　上严格采取可靠性技术措施（如生产工艺的严格控　制、生产环境条件的控制、各工序过程中的质量检　测等），才能保证电连接器的固有可靠性。　可　靠　性　广设计（选材、结构设计、表面防护选择、动态性　睹ｆ右Ｉ　能考核等）　Ｊ件｝工艺（壳体、绝缘体、接触件等零件制造工艺、　…一Ｉ　连接器装配工艺）　Ｌ检验（质量一致性检验、周期检验、交收试验　及二次筛选等）　广选型（正确选择电气性能、工作环境、密封性、　使用ｌ　电路数量、插合频繁程度、质量等级等）　可靠性十贮存（温度、湿度、清洁度和腐蚀性气体等环　ｌ　境条件、确定有效贮存期、超期复验等）　Ｌ－安装（人员培训考核，掌握连接器技术特性和　正确使用操作）　图１影响电连接器可靠性的主要因素　（１）设计可靠性　①合理选材　选材是保证电连接器电性能和可靠性的重要前　提，电连接器所用材料决定了工作温度上限，而起　决定作用的是绝缘材料、环境密封电连接器所用的　密封材料、胶粘材料、壳体和接触件所用材料等。　材料选用涉及连接器的力学、电气、环境等性能要　求和材料本身的理化性能等。其中材料热学性能　（耐热温度、热导率、高温强度及热变形等）是设　计必须考虑的主要因素。电连接器绝缘体选用不同　的绝缘材料，其绝缘耐压等电气性能也有明显差　异。电连接器壳体和接触件选用时，除考虑导电、　导热和结构刚度外，还应考虑相互配合和接触材料　的电化学相容性和硬度匹配性。　②结构型式　结构型式是决定产品可靠性的重要因素，合理　的结构型式既避免了误插，又提高了结构的稳定性。　（２）工艺可靠性　

FPC连接器的测试项目及测试要求

FPC连接器具有高可靠性、轻薄的特点，在手机内部FPC连接器主要用于实现电路连接，随着智能手机一体化的发展趋势，未来FPC连接器有望实现与手机其他部件一同整合在LCD模组的框架上。小pitch的FPC连接器也将是未来的主要发展方向，在FPC连接器制造 完成后，还有关键的测试 步骤需要做，目的是为了验证FPC连接器的质量和性能方面有没达到出厂的合格标准。大电流弹片微针模组对于FPC连接器测试有着稳定的连接作用，能够保证FPC连接器的测试效率。

FPC连接器的测试项目分为外观测试、电性能 测试和可靠性测试这几种。主要测试内容有：

一、外观测试

(1) 检查FPC连接器表面是否有起泡、开裂、分层等不良现象;

(2) 检查FPC连接器背部粘性是否有脱落;

(3) FPC连接器的尺寸、规格是否相符以及公母座松紧度;

(4) 抗折性：测试FPC弯折后功能是否有异常、贴片元件有否移位;

(5) 焊接 ：有无假焊、少锡、连锡、变色、变形等缺陷;

二、电性能测试

(1)通断测试：进行线路通断测试，不能出现开路 或短路，FPC线路全长（从一头到另一头）的导通电阻 值要求≤1Ω;

(2)可焊性 测试：FPC焊盘上锡情况，是否良好;

(3)装机测试：装在相应的手机上，看其功能是否良好;

三、可靠性测试

(1)拉力、弯折测试：测试FPC连接器的抗拉能力，弯折后性能是否合格;

(2)湿热、高温测试：在湿热、高温下，FPC有无变形、掉漆、掉色、氧化、腐蚀、变色等现象;

(3)高低温存储 、工作测试：FPC连接器在高低温下的存储状态和工作状态是否达标。

FPC连接器的测试频率高、对电流的需求大，相应的需要连接模组能有大电流传输功能。而大电流弹片微针模组的性能正好能适应FPC连接器的测试需求，是高度可靠的测试连接模组。

FPC连接器测试需要传输电流时，大电流弹片微针模组在1-50A的范围内电性都很稳定，具有很好地导通和连接功能。面对小pitch，大电流弹片微针模组适应性强，一体成型的弹片在小pitch中的可取值最小可达到0.15mm，性能稳定，表现优秀。