裝配工藝對矩形電連接器在高濕環(huán)境下可靠性的影響*

崔 潔，周三三，朱建軍

(南京電子技術研究所， 江蘇 南京 210039)

裝配工藝對矩形電連接器在高濕環(huán)境下可靠性的影響*

崔 潔，周三三，朱建軍

(南京電子技術研究所， 江蘇 南京 210039)

電連接器在電子設備中得到大量使用，但高濕環(huán)境會使其絕緣可靠性降低，故障頻發(fā)，進而影響電子設備的穩(wěn)定性。文中以矩形連接器為例，通過測試電連接器在常態(tài)和高濕環(huán)境下的絕緣性能以及通電工作時的表現(xiàn)，研究了焊接工藝、清洗過程對連接器絕緣性能的影響以及焊點絕緣防護處理對矩形連接器絕緣性能可靠性的影響。

裝配工藝；高濕環(huán)境；電連接器；可靠性

引 言

軍用電子設備中使用了大量的電連接器，但軍用電子設備大多工作在室外，工作環(huán)境濕度大，連接器的絕緣支撐件表面易吸附一層水膜，更有部分設備在工作中常出現(xiàn)驟冷驟熱的情況，易使電連接器表面出現(xiàn)凝露現(xiàn)象，潮濕環(huán)境使電連接器故障頻發(fā)。據(jù)統(tǒng)計，由電連接器引發(fā)的故障約占軍用電子設備電氣故障總數(shù)的50%。

目前，部分電連接器設計了后附件，對連接器尾端進行密封處理，防止?jié)駳馇秩?，以提高電連接器高濕環(huán)境下的可靠性[1-2]。但有部分電連接器(如矩形連接器)無法設計后附件。為了探究絕緣支撐件表面水膜對電連接器絕緣性能的影響，以及防止絕緣支撐件表面水膜產生的方法，本文以矩形連接器為例，對裝配過程中的釬劑、焊后清洗對連接器絕緣性能的影響以及焊點防護處理對連接器工作可靠性的影響進行了研究，以期為連接器的裝配工藝設計提供參考。

1 試驗方法與過程

本文所選矩形電連接器的結構如圖1所示，2排插針并列分布。

圖1 矩形連接器尾部焊接示意圖

為考察裝配工藝對矩形連接器可靠性的影響，本文按如圖2所示的流程進行試驗。

圖2 試驗流程圖

電連接器焊接完成后，測試其絕緣性能及通電情況下的工作表現(xiàn)；對連接器尾部進行絕緣防護處理后，再次測試連接器尾部的絕緣性能及通電情況下的工作表現(xiàn)。

1.1 連接器焊接試驗

為考察焊料類型對焊接后連接器絕緣性能的影響，設計了1組兩因素兩水平的試驗(試驗安排見表1)，研究焊料類型以及焊接后超聲水清洗過程對電連接器絕緣性能的影響。

表1 焊接試驗因素水平表

1.2 絕緣電阻測試

選用FLUKE 1508型兆歐表，設定檔位500 V，焊接后測試2排插針之間的絕緣電阻。再在連接器尾部噴去離子水，在連接器尾部形成水膜，模擬高濕環(huán)境、交變濕熱環(huán)境下絕緣支撐件表面的凝露現(xiàn)象，并測試該潮濕狀態(tài)下的絕緣性能。

1.3 通電試驗

將連接器的2排插針分別短接，其中一排插針為正極，另一排插針為負極，在連接器插針間施加20 V直流電壓，模擬連接器的工作狀態(tài)。同時，在連接器尾部噴一層去離子水，模擬高濕環(huán)境下絕緣支撐件表面水膜以及交變濕熱環(huán)境下絕緣支撐件表面的凝露現(xiàn)象。在通電不同時間后，觀察插針間的變化，了解連接器的工作情況。通電結束后，測試插針間的絕緣電阻，考察其絕緣性能。

1.4 尾部的絕緣處理試驗

連接器尾部的絕緣處理采用3種方式：單根針套熱縮管、施加聚氨脂涂層[3]和涂3140RTV有機硅樹脂密封[4]。對經過3種方式的絕緣處理后的電連接器，按照1.3部分的方法模擬其在高濕環(huán)境、交變濕熱環(huán)境下的工作，觀察插針間的變化，了解連接器的工作情況。通電結束后，測試插針間的絕緣電阻，考察其絕緣性能。

2 試驗結果及分析

2.1 焊接工藝對連接器絕緣性能的影響

將兆歐表調至500 V檔，分別對兩因素兩水平共計4組測試對象進行干態(tài)絕緣電阻和濕態(tài)絕緣電阻監(jiān)測，測試結果見表2。

表2 連接器絕緣電阻測試結果

測試結果表明：無論是R型還是RA型焊錫絲，在500 V DC測試電壓下，連接器的干態(tài)絕緣電阻均達到550 MΩ，其濕態(tài)絕緣電阻均趨向于0.01 MΩ；即使采用非活性焊料，或焊后清洗去除釬劑中的活性離子，其濕態(tài)絕緣電阻仍然較低，表明該措施對提高高濕環(huán)境下矩形電連接器的絕緣性能無明顯幫助。因此，連接器的絕緣不受焊料類型以及焊接清洗過程的影響，且在不采取絕緣保護措施的情況下，在潮濕環(huán)境中其絕緣性能均較差。

2.2 焊接工藝對連接器工作狀態(tài)的影響

按1.3部分的方法在連接器插針間施加20 V直流電壓，通電不同時間并干燥后，測試插針間的干態(tài)絕緣電阻，測試結果見表3。

表3 通電試驗后插針間絕緣電阻

表3中的數(shù)據(jù)顯示，無論是R型還是RA型焊錫絲，焊后清洗還是不清洗，在尾部未作絕緣處理的情況下，在絕緣支撐件有去離子水膜時，通電30 min后，電連接器的干態(tài)絕緣電阻由550 MΩ下降到2 MΩ。通電30 min后的插針情況如圖3所示。在通電過程中發(fā)現(xiàn)，插針周圍出現(xiàn)黑色顆粒，插針表面鍍金層被破壞。隨著通電時間的延長，黑色顆粒逐漸增多，可能是插針鍍層發(fā)生了電解現(xiàn)象。上述現(xiàn)象是在絕緣支撐件周圍有去離子水膜的情況下發(fā)生的。在實際使用時，大氣環(huán)境中的鹽霧、SO2、H2S等溶入水膜中，水膜的導電性更強，預計插針鍍電解現(xiàn)象會更加劇烈。因此，尾部未作絕緣處理的電連接器在高濕環(huán)境下長期工作的可靠性是很難保證的。

圖3 通電連接器導體表面情況

2.3 尾部絕緣處理工藝對連接器絕緣性能的影響

采用1.4部分的3種尾部絕緣處理方法(見表4)對電連接器尾部進行絕緣處理，將兆歐表調至500 V檔，分別進行干態(tài)絕緣電阻和濕態(tài)絕緣電阻監(jiān)測，測試結果見表4。

表4 尾部絕緣處理工藝絕緣性能測試結果

從圖4可知：連接器的干態(tài)絕緣性能在500 V測試電壓下均能達到550 MΩ，滿足絕緣要求；在灌注有機硅樹脂的情況下，濕態(tài)絕緣性能滿足要求；在500 V測試電壓條件下，焊點套熱縮管、噴涂聚氨酯涂層后，絕緣電阻迅速降至0.01～0.04 MΩ。絕緣電阻迅速下降的原因可能是：聚氨酯涂層難以對連接器尾部焊點形成連續(xù)的絕緣保護層；熱縮管與連接器絕緣支撐件之間存在間隙，難以防止導體間水膜的形成。由此可見，焊點套熱縮管和噴涂聚氨酯涂層這2種絕緣處理工藝無法保證電連接器在高濕環(huán)境下的絕緣可靠性。

2.4 尾部絕緣處理工藝絕緣通電測試結果

尾部噴涂聚氨酯涂層、焊點套熱縮管的電連接器未能通過濕態(tài)絕緣電阻測試，故僅對灌注有機硅樹脂的1組連接器進行通電實驗，累計通電4 h，每隔30 min進行一次絕緣性能采樣測試，結果見表5。

表5 灌注有機硅樹脂密封絕緣通電實驗

在連接器尾部灌注有機硅樹脂進行絕緣密封處理并通電4 h后，連接器絕緣性能良好，未發(fā)現(xiàn)插針間有電解現(xiàn)象。因此，在連接器尾部灌注有機硅樹脂進行絕緣密封處理可有效防止電連接器絕緣支撐件表面以及插針表面形成電解液膜，濕態(tài)下電連接器尾部的絕緣性能達到測試要求。表明有機硅樹脂絕緣密封可顯著提高電連接器在高濕環(huán)境下工作的可靠性。

3 結束語

實驗研究結果表明：免清洗焊料、焊后清洗對提高連接器的濕態(tài)絕緣性能無明顯影響，即連接器的絕緣性能與焊接工藝無明顯關系；電連接器在高濕環(huán)境中工作時表面會產生水膜，驟冷驟熱會出現(xiàn)凝露現(xiàn)象，由此在電連接器表面產生的電解現(xiàn)象會使電連接器的絕緣電阻顯著下降；在連接器尾部灌注有機硅樹脂等絕緣封膠，可顯著提高電連接器在高濕環(huán)境下的絕緣可靠性，但是噴涂聚氨酯涂層及焊點套熱縮管對提高高濕環(huán)境下連接器的絕緣性能無明顯幫助。

[1] 韋生文, 鞠金山. 雷達戶外電連接器密封防護技術[J]. 電子工藝技術, 2014, 35(5): 284-285, 307.

[2] 李強. 雷達伺服單元輸出電纜防水工藝[J]. 電子工藝技術, 2014, 35(5): 289-291.

[3] 郭延發(fā), 周三三. VME背板電連接器裝配及背板疊裝技術研究[J]. 電子機械工程, 2011, 27(6): 36-39.

[4] 張開. 粘合與密封材料[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2001.

崔 潔(1962-)，女，工程師，主要從事電子裝聯(lián)工藝研究工作。

Effect of Assembly Process on Reliability of Rectangular Electrical Connector in Humid Conditions

CUI Jie，ZHOU San-san，ZHU Jian-jun

(NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology,Nanjing210039,China)

The electrical connectors are widely used in the electronic equipment. But the humid conditions will make its insulation reliability fall and cause frequent connector malfunctions. As a result, the reliability of the electronic equipment is badly affected. The effect of jointing process and cleanout process on the insulation of the electrical connector are studied in this paper by testing the insulation in normal conditions and humid conditions and operation performance of the rectangular connector. In addition, different kinds of insulation-seal technics are also studied to validate their effect on insulation.

assembly process; humid conditions; electrical connector; reliability

2015-08-18

TM503+.5

A

1008-5300(2015)05-0042-03