電子接插件連續(xù)電鍍故障信息的分析與監(jiān)測(cè)

陶 莉， 涂靜文

(1.江西廣播電視大學(xué) 高職學(xué)院,江西 南昌 330046； 2.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 南昌商學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)系,江西 南昌 330044)

?

電子接插件連續(xù)電鍍故障信息的分析與監(jiān)測(cè)

陶 莉1， 涂靜文2

(1.江西廣播電視大學(xué) 高職學(xué)院,江西 南昌 330046； 2.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 南昌商學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)系,江西 南昌 330044)

電子接插件連續(xù)電鍍過(guò)程容易出現(xiàn)故障，當(dāng)前故障信息分析與監(jiān)測(cè)方法處理速度慢，且采集與傳輸電鍍故障數(shù)據(jù)時(shí)容易受到干擾，導(dǎo)致故障監(jiān)測(cè)結(jié)果不可靠。設(shè)計(jì)了一種電子接插件連續(xù)電鍍故障信息監(jiān)測(cè)器，分析了電子接插件連續(xù)電鍍工藝，對(duì)電子接插件連續(xù)電鍍工藝流程中的關(guān)鍵工序進(jìn)行分析，以電鍍Fe-Cr合金電子接插件為例，給出中間層電鍍工藝條件的故障影響參數(shù)，通過(guò)正交試驗(yàn)對(duì)故障因素進(jìn)行選擇，去除Fe-Cr合金中間鍍層中的故障檢測(cè)干擾。設(shè)計(jì)出故障監(jiān)測(cè)器的總體結(jié)構(gòu)，分析了核心處理器MSP430F169、無(wú)線通信模塊和SD卡存儲(chǔ)電路的設(shè)計(jì)過(guò)程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)器不僅具有很高的監(jiān)測(cè)精度，而且能耗較低。

電子接插件； 連續(xù)電鍍； 故障信息； 監(jiān)測(cè)

引言

電子接插件的基材大部分為銅與合金，為了增強(qiáng)電子插件的導(dǎo)電性和耐腐蝕性，通常需對(duì)其進(jìn)行電鍍處理[1-3]。近年來(lái)，電子、通訊行業(yè)迅猛發(fā)展，對(duì)精密零件的需求和要求大大提高，為了保證精密零件的高可用性，需有效監(jiān)測(cè)電子接插件連續(xù)電鍍故障信息[4-6]。對(duì)電鍍相關(guān)故障進(jìn)行研究。

電子接插件電鍍過(guò)程較為復(fù)雜，故障數(shù)據(jù)的采集與傳輸過(guò)程容易受到干擾，影響了電鍍故障監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。針對(duì)上述方法的弊端，設(shè)計(jì)了一種電子接插件連續(xù)電鍍故障信息監(jiān)測(cè)器。介紹了電子接插件連續(xù)電鍍工藝，通過(guò)正交試驗(yàn)法對(duì)正交因素與水平進(jìn)行選擇。對(duì)電子插接件連續(xù)電鍍故障信息進(jìn)行分析和監(jiān)測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)器具有很高的監(jiān)測(cè)精度，能耗較低。

1 電子接插件連續(xù)電鍍故障特征分析

1.1 電子接插件連續(xù)電鍍工藝中的故障分析

電子接插件連續(xù)電鍍工藝實(shí)質(zhì)上和一般電鍍工藝較為不同，每個(gè)工藝階段的處理時(shí)間較一般電鍍過(guò)程短，所以不同處理液、鍍液需具備適應(yīng)快速電鍍的能力，該過(guò)程的電鍍故障也較為特殊。

電子接插件連續(xù)電鍍工藝流程如下：

上掛具→除油→水洗→酸洗→水洗→氨基磺酸鹽鍍鎳→水洗→局部脈沖鍍銅→回收→水洗→局部鍍Fe-Cr合金→水洗→去離子水洗及熱水洗→干燥→下掛具→檢查。

電子接插件連續(xù)電鍍工藝流程中可能產(chǎn)生的故障主要有：

1)油垢故障。電子接插件連續(xù)電鍍工藝中的油垢和通常的生活油垢存在很大差異，產(chǎn)生油垢故障通常只需2～5s。常用的浸漬除油形式已經(jīng)無(wú)法滿足要求，需進(jìn)行高電流密度下的多級(jí)電化學(xué)除油。達(dá)到以下要求：當(dāng)除油液流入水洗槽或酸洗槽時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)分解和沉淀現(xiàn)象。

2)表面氧化故障。電鍍過(guò)程中電子接插件表面容易產(chǎn)生氧化膜，通常采用硫酸或鹽酸溶液去除。因?yàn)殡娮咏硬寮?duì)尺寸的要求很高，因此酸洗液不可溶解基體。

3)鍍鎳過(guò)程產(chǎn)生的故障。Ni層是Au層與Fe-Cr合金鍍層的底層，能夠增強(qiáng)電子接插件的耐蝕性，避免基體中金屬離子的固相擴(kuò)散。電子接插件在進(jìn)行切割、彎曲加工時(shí)鍍層經(jīng)常脫落，產(chǎn)生脫落故障。

4)局部鍍金故障。局部鍍Au的方法通常是將不需要的部分遮住，令需電鍍的部分和鍍液接觸，以完成局部電鍍，也容易產(chǎn)生相應(yīng)故障。

5)局部可焊性電鍍故障。局部可焊性電鍍可使用相對(duì)較經(jīng)濟(jì)的電鍍?cè)O(shè)備。通過(guò)調(diào)整液位完成局部可焊性電鍍。為了減少局部可焊性電鍍帶來(lái)的污染，可采用有機(jī)酸鹽鍍液，但該工藝過(guò)程對(duì)精度要求較高，也容易產(chǎn)生故障。

綜上在各種工序中，會(huì)產(chǎn)生不同的故障。

1.2 Fe-Cr合金中間層電鍍故障特征分析

以Fe-Cr合金中間層電鍍工藝故障為例進(jìn)行分析，故障發(fā)生時(shí)，主要反應(yīng)在溶液pH和陰極電流密度的異常變化。

1)pH。電鍍Fe-Cr合金鍍層發(fā)生油垢和表面氧化故障時(shí)，電鍍液的pH在很大程度上會(huì)發(fā)生變化。pH不同時(shí)，電鍍液中的金屬離子和配位離子的結(jié)合狀態(tài)存在很大差異，且對(duì)電鍍液的穩(wěn)定性也有影響。因此可通過(guò)pH變化這一特征衡量故障。

2)陰極電流密度變化。陰極電流密度與鍍層結(jié)構(gòu)、厚度和質(zhì)量相關(guān)。1.1中的3)、4)和5)三種故障可通過(guò)陰極電流密度變化進(jìn)行判斷，由于陰極電流密度的變化會(huì)導(dǎo)致析氫反應(yīng)出現(xiàn)波動(dòng)，表明出現(xiàn)了針孔故障等信息。

為了獲取不同故障參數(shù)的最佳閥值，通過(guò)正交試驗(yàn)法對(duì)合理的故障因素進(jìn)行選擇，排除意外因素的干擾。故障閥值的設(shè)置為評(píng)價(jià)Fe-Cr合金中間鍍層是否發(fā)生故障的關(guān)鍵，閥值的計(jì)算取決于電鍍過(guò)程中的不同故障特征，在試樣表面氫離子發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生H2卻未及時(shí)釋放時(shí)，鍍層在很大程度上會(huì)產(chǎn)生第二類故障。除此之外，故障特征還會(huì)受到金屬材料的影響，所以故障特征的干擾波動(dòng)性較大。

通過(guò)上述分析可知，故障特征能夠有效描述Fe-Cr合金中間鍍層的各種故障。因此，將故障特征作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行正交試驗(yàn)。將pH、硫酸亞鐵、氯化鉻和陰極電流密度作為四個(gè)關(guān)鍵故障因素，每個(gè)因素水平取4個(gè)值，表1為正交試驗(yàn)故障因素水平表。

表1 正交試驗(yàn)故障因素水平

水平ApHBρ(Fe2+)/(g·L-1)Cρ(Cr3+)/(g·L-1)DJκ/(A·dm-2)12260623612012341118018451624024

表2為正交試驗(yàn)結(jié)果和極差分析。其中，K為正交試驗(yàn)故障因素水平下的總故障準(zhǔn)確率， k為平均故障準(zhǔn)確率。R代表極差。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)序號(hào)ApHBρ(Fe2+)/(g·L-1)Cρ(Cr3+)/(g·L-1)DJκ/(A·dm-2)η準(zhǔn)確/%12260679．002261201266．0032111801862．3642162402465．1153260683．606361201268．3673111801857．8083162402455．6194260639．8610461201265．86114111801855．61124162402461．62135260644．2014561201267．36155111801860．86165162402464．36K1272．47246．66257．58269．84―K2265．37267．58272．08228．83―K3222．95236．63234．94276．18―K4236．78246．70232．97222．72―k168．1261．6764．4067．46―k266．3466．9068．0257．21―k355．7459．1658．7469．05―k459．2061．6858．2455．68―R12．387．749．7813．37―

由表2可以看出，各因素對(duì)故障特征的影響順序是D>A>C>B，即陰極電流密度>pH>ρ(Cr3+)>ρ(Fe2+)，篩選出最優(yōu)實(shí)驗(yàn)方案為A1B2C2D3。由此發(fā)現(xiàn),陰極電流密度為最關(guān)鍵故障因素。

Fe-Cr合金中間鍍層通常會(huì)出現(xiàn)很多有害雜質(zhì)，影響故障檢測(cè)性能，需對(duì)其進(jìn)行去除。表3為常見(jiàn)的有害雜質(zhì)和去除方法。

表3 常見(jiàn)雜質(zhì)現(xiàn)象和處理方法

雜質(zhì)ρ最大/(mg·L-1)現(xiàn)象處理方法有機(jī)物-鍍層脫皮活性炭處理Au2100鍍層偏紅暫無(wú)Fe3100鍍層偏黃白雙氧水處理Cu16鍍層發(fā)紅、偏暗，甚至分層小電流電解Zn70鍍層脆性增加暫無(wú)

電子接插件連續(xù)電鍍過(guò)程容易出現(xiàn)故障，導(dǎo)致電子接插件性能受到影響，無(wú)法滿足對(duì)電子接插件的技術(shù)要求。因此，需對(duì)電子接插件連續(xù)電鍍故障信息進(jìn)行分析與監(jiān)測(cè)。

2 電子接插件連續(xù)電鍍故障信息分析與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)了一種故障監(jiān)測(cè)器對(duì)電子接插件連續(xù)電鍍故障信息進(jìn)行分析與監(jiān)測(cè)。

2.1 故障監(jiān)測(cè)器總體設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的故障監(jiān)測(cè)器主要包括核心處理器MSP430F169、無(wú)線通信模塊和SD卡存儲(chǔ)電路，故障監(jiān)測(cè)器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 故障監(jiān)測(cè)器總體結(jié)構(gòu)圖

2.2 無(wú)線通信模塊設(shè)計(jì)

無(wú)線通信模塊主要用于實(shí)現(xiàn)電子接插件連續(xù)電鍍鍍層中各個(gè)故障監(jiān)測(cè)器間的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信。無(wú)線通信模塊利用UART接口和MSP430F169核心控制器相連，通過(guò)DI引腳輸入U(xiǎn)ART信號(hào)，通過(guò)DO引腳輸出UART信號(hào)。無(wú)線通信模塊屬于半雙工器件，所以還需和RTS(請(qǐng)求發(fā)送)、CTS(清除發(fā)送)引腳相連，也就是傳輸數(shù)據(jù)時(shí)不接收數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)時(shí)不傳出數(shù)據(jù)。無(wú)線通信模塊通信原理如圖2所示。

圖2 無(wú)線通信模塊通信原理圖

2.3 MSP430F169核心處理器設(shè)計(jì)

核心處理器選用高集成度單芯片系統(tǒng)中的MSP430F169芯片(美國(guó)德州儀TI公司)，并將其外接pH傳感器(貝爾公司T255PH傳感器)、硫酸濃度與密度測(cè)試儀DA-300SA(監(jiān)測(cè)硫酸亞鐵濃度)、PDV6000重金屬測(cè)試儀(MTI公司，監(jiān)測(cè)鉻離子濃度)，ES300C型電流傳感器(ABB公司，監(jiān)測(cè)陰極電流密度)以判斷各參數(shù)是否異常，從而判斷是否出現(xiàn)相應(yīng)故障。MSP430F169芯片主要負(fù)責(zé)控制整個(gè)故障監(jiān)測(cè)器，電路圖如圖3所示。

圖3 MSP430F169芯片電路圖

2.4 SD卡存儲(chǔ)設(shè)計(jì)

為了對(duì)原始電子接插件連續(xù)電鍍數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行保存，監(jiān)測(cè)器用SD卡存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。通過(guò)串行外設(shè)總線接口SDI對(duì)SD卡進(jìn)行擴(kuò)展，使SD卡在SDI模式下運(yùn)行，最高傳輸速率可達(dá)25Mbit/s。圖4為SD卡存儲(chǔ)電路。

圖4 SD卡存儲(chǔ)電路

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

由于本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)旨在通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)找出電子接插件連續(xù)電鍍過(guò)程中存在的故障隱患，因此需最大程度的保證監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，以便于工作人員更好地檢測(cè)電鍍異常與故障，保證電子接插件的性能。所以需要對(duì)設(shè)計(jì)的故障監(jiān)測(cè)器進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試，表4為監(jiān)測(cè)器測(cè)試環(huán)境。

表4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試環(huán)境

項(xiàng) 目?jī)?nèi) 容監(jiān)測(cè)器運(yùn)行軟件環(huán)境WindowsXP監(jiān)測(cè)器運(yùn)行硬件環(huán)境2臺(tái)PC機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境百兆帶寬測(cè)試數(shù)據(jù)某電子接插件連續(xù)電鍍數(shù)據(jù)

3.2 監(jiān)測(cè)精度測(cè)試

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)器的可靠性，將電鍍數(shù)據(jù)導(dǎo)出SD卡，傳輸至PC機(jī)中，通過(guò)MATLAB軟件利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和蟻群算法對(duì)電鍍數(shù)據(jù)進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)分析，其監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確率比較結(jié)果如表5所示。監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確率是正確監(jiān)測(cè)故障數(shù)量占總數(shù)量的比值，監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確率越高，監(jiān)測(cè)精度越高。圖5為上述三種方法監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)圖。

圖5 監(jiān)測(cè)精度統(tǒng)計(jì)圖

表5 監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性比較結(jié)果

電鍍數(shù)據(jù)/個(gè)實(shí)際故障/個(gè)本文監(jiān)測(cè)器BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法蟻群算法監(jiān)測(cè)故障/個(gè)η準(zhǔn)確/%監(jiān)測(cè)故障/個(gè)η準(zhǔn)確/%監(jiān)測(cè)故障/個(gè)η準(zhǔn)確/%10329849158920559988528530989678758240111195138387850131397108697660161596168898470202099219213898021209223901588902828952683218310031319728862675

由圖5可以看出，采用本文設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)器對(duì)電子接插件連續(xù)電鍍故障信息進(jìn)行分析和監(jiān)測(cè)，得到的故障數(shù)據(jù)量和實(shí)際故障數(shù)據(jù)量相差不大，且監(jiān)測(cè)精度也明顯高于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和蟻群算法，說(shuō)明本文監(jiān)測(cè)器具有很高的監(jiān)測(cè)精度。

4 結(jié) 論

設(shè)計(jì)了一種電子接插件連續(xù)電鍍故障信息監(jiān)測(cè)器，介紹了電子接插件連續(xù)電鍍工藝，對(duì)電子接插件連續(xù)電鍍工藝流程中的關(guān)鍵工序進(jìn)行詳細(xì)分析，得出Fe-Cr合金中間層電鍍工藝條件的影響參數(shù)。通過(guò)正交試驗(yàn)法對(duì)合理的正交與水平因素進(jìn)行選擇，去除Fe-Cr合金中間鍍層中的有害雜質(zhì)。設(shè)計(jì)出故障監(jiān)測(cè)器的總體結(jié)構(gòu)，詳細(xì)分析了核心處理器MSP430F169、無(wú)線通信模塊和SD卡存儲(chǔ)電路的設(shè)計(jì)過(guò)程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)器具有很高的監(jiān)測(cè)精度。

[1] 曾文斌.復(fù)合電鍍Cu-SiO2的故障分析及消除措施[J].電鍍與環(huán)保,2014,34(6):12-13.

[2] 霍大勇.電鍍整流電源的晶閘管擊穿故障及其處理[J].電鍍與涂飾,2015,34(24):1420-1423.

[3] 吳雙成.光亮酸性鍍銅故障分析[J].電鍍與環(huán)保,2014,34(5):55-58.

[4] 陳慶偉,李習(xí)周,聶燕,等.超聲波清洗在IC電鍍?cè)O(shè)備中的應(yīng)用研究[J].電子工業(yè)專用設(shè)備,2015,44(8):30-32.

[5] 肖玉國(guó),尹建軍,王會(huì)麗,等.鋅合金電子元器件多層電鍍及鍍層性能研究[J].材料科學(xué)與工藝,2015,23(6):71-76.

[6] 宋冰,馬玉鑫,方永鋒,等.基于LSNPE算法的化工過(guò)程故障檢測(cè)[J].化工學(xué)報(bào),2014,65(2):620-627.

[7] 邱天,白曉靜,鄭茜予,等.多元指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均主元分析的微小故障檢測(cè)[J].控制理論與應(yīng)用,2014,31(1):19-26.

[8] 肖麗,孫鶴旭,董硯,等.四相開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器故障檢測(cè)技術(shù)[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2014,29(1):156-164.

[9] 王芳,應(yīng)時(shí)彥,肖林榮.布爾函數(shù)的c導(dǎo)數(shù)及其在組合電路故障檢測(cè)中的應(yīng)用[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào):理學(xué)版,2014,41(2):153-155.

[10] 任立新,史忠科.交通信號(hào)燈故障檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子設(shè)計(jì)工程,2014,22(22):120-123.

Fault Information Analysis and Monitor of Electronic Connector Continuous Plating

TAO Li1, TU Jingwen2

(1.Jiangxi Radio and TV University,Vocational college,Nanchang 330046,China; 2.Nanchang Business College of Jiangxi Agriculture University,Computer and Information Department,Nanchang 330044,China)

Electronic connector continuous plating process is easy to find fault，the processing speed of current fault information analyzing and monitoring methods is slow and the plating failure data acquisition and transmission are easy to be disturbed,so the unreliable failure monitoring results may be caused.In this paper,an electronic connector continuous plating fault information monitor was designed;the electronic connector continuous plating process was analyzed;the key working procedure of the electronic connector continuous plating process was studied in details.Taking Fe-Cr alloy electronic connector as sample,the fault impacting parameters of middle layer plating process were presented;fault detection interference of the Fe-Cr alloy middle layer was removed through selecting the reasonable fault factors by orthogonal tests.The over structure of the designed fault monitor was presented;the designing process of core microprocessor MSP430F169,wireless communication module and SD card storage circuit were analyzed in details.The experimental results showed that the designed monitor not only had high monitoring precision,but also had low energy consumption.

electronic connectors; continuous plating; fault information; monitoring

2016-06-12

2016-07-08

10.3969/j.issn.1001-3849.2016.12.005

TQ153

A