膠層非連續(xù)氣泡對電連接器灌膠性能的影響分析

楊志云 劉虹 王舒丹 邱星園 張懋慧

上海空間電源研究所 上海 200245

引言

焊接型電連接器為了實現(xiàn)與導(dǎo)線的連接一般采取焊接的連接方式，連接焊點主要采用熱縮套管熱縮縮緊的措施，以保護(hù)不同焊點不發(fā)生短路或在導(dǎo)線彎曲時受到導(dǎo)線彎曲拉力的影響而造成焊點失效。當(dāng)焊接的導(dǎo)線相對電連接器焊杯過小時，熱縮套管則因收縮比例限制而無法同時收緊焊杯和導(dǎo)線，此時可以采取電連接器灌膠的方式，實現(xiàn)對焊點的保護(hù)[1]。然而，電連接器灌膠固化后，目測發(fā)現(xiàn)個別膠層存在若干非連續(xù)性的直徑不大于2mm的氣泡，一般情況下，如果出現(xiàn)有氣泡情況，需要進(jìn)行補膠處理[2]。然而經(jīng)過大量試驗，硅橡膠的膠層中出現(xiàn)氣泡的現(xiàn)象始終無法消除，且無法修補。為此，本文對電連接器灌膠后膠層存在非連續(xù)氣泡的現(xiàn)象進(jìn)行研究，分析膠層非連續(xù)氣泡對電連接器灌膠性能的影響，以此作為膠層存在非連續(xù)氣泡的電連接器是否合格的依據(jù)。

1 研究背景

電連接器是一種電氣連接插件，如接頭、插頭，即一種用于將兩個有源器件連接在一起的裝置，可以支持信號、電流的傳輸。在電連接器的安裝中，人們通常會對其予以灌膠處理，而這種處理措施的主要作用是，待膠體凝固后，將連接器焊縫予以密封，由此防止水分進(jìn)入到連接器中，造成短路，影響電流、信號的正常傳輸。在此背景下，該膠體部分必須具備足夠的絕緣性能，而且應(yīng)當(dāng)耐高溫、耐低壓，由此才能避免對電流、信號的傳輸產(chǎn)生干擾。尤其是在絕緣方面，如果膠體的絕緣性能不足，很容易直接為線路造成損壞，影響電連接器的正常使用。但一般來說，膠體材質(zhì)本身就具備足夠的絕緣性，能夠滿足連接器的使用需求。而事實上，灌膠固化后，膠體材質(zhì)中經(jīng)常會出現(xiàn)一些非連續(xù)氣泡，且這些氣泡難以通過具體的操作手段予以消除，因此，大多數(shù)情況下，通過灌漿操作形成的電連接器焊點密封膠體，并不是100%的膠體，而是由膠體與氣泡組成的，這使得膠體的絕緣性能狀態(tài)存在一定的不確定性，因此，需要先驗證存在非連續(xù)氣泡的膠體的絕緣性能，是否可以滿足連接器運行要求，如果可以滿足，則將非連續(xù)氣泡因素進(jìn)行忽略，若不能滿足，就需要對如何消除膠體中的非連續(xù)氣泡予以深入分析，由此改善灌膠工藝，保證灌膠操作效果。為此，需要先對非連續(xù)氣泡可能會帶來的影響予以驗證，確定其是否影響膠體的絕緣性能，為電連接器灌膠工藝的持續(xù)優(yōu)化提供依據(jù)。

2 氣泡膠層現(xiàn)象及成分

部分電連接器（本文以J599I/20FG75SHN為例說明）在灌硅橡膠并固化后，膠層存在明顯的若干獨立的氣泡，具體如圖1所示。這種膠層固體部分為硅橡膠，氣泡部分為空氣，因此電連接器的金屬外殼與焊點之間、焊點與焊點之間是由硅橡膠和空氣組成的混合體。

圖1 膠層含有氣泡的電連接器照片

3 灌膠的目的與檢測方法分析

在生產(chǎn)過程中，電連接器灌膠目的一方面是為了保護(hù)電連接器焊點在尾部導(dǎo)線發(fā)生折彎時不會因?qū)Ь€折彎產(chǎn)生應(yīng)力過大而發(fā)生斷開的情況，另一方面為了進(jìn)行隔離，防止意外發(fā)生金屬外殼與接點、接點與接點之間的金屬搭接而發(fā)生短路。雖然有報道提出了電連接器氣密性的要求[3]，然而本文要解決的問題是灌膠代替熱縮套管的問題，因此本文不再探討氣密性的影響。

針對電連接器的灌膠目的，我們可以采取相應(yīng)的措施，對氣泡膠層的性能進(jìn)行評估。主要方法包括，一方面可以評估氣泡膠層應(yīng)力條件下的形變量，該方法采用普通的測試方法，難以表述清楚，為此進(jìn)一步可以采取力學(xué)仿真形變量的方式進(jìn)行評估；另一方面可以測試電連接器金屬外殼對接點、接點對接點的絕緣性能，雖然可以明確分析氣泡不會對絕緣性能造成影響，但為了更為嚴(yán)謹(jǐn)，本報告采用100V檔絕緣電阻表測試氣泡膠層的絕緣電阻值來直接評估其絕緣性能。

4 灌膠固化后膠層性能評估和測試

4.1 力學(xué)性能評估

在Ansys15.0系統(tǒng)中，按照結(jié)構(gòu)靜力計算[4]的內(nèi)容，設(shè)置膠層的楊氏模量為7.8Mpa，泊松比0.47，對尺寸為Φ60×30的膠層的抗壓性能進(jìn)行靜力學(xué)性能仿真，仿真對象無氣泡的膠層（1#）和存在若干直徑為2mm氣泡膠層（2#），具體如圖2所示，仿真主要考察膠層的力學(xué)條件下的形變量，仿真結(jié)果見圖3。

圖2 膠層結(jié)構(gòu)圖（1#左側(cè)，2#右側(cè)）

圖3 膠層形變云圖（1#左側(cè)，2#右側(cè)）

從圖3可以看到，1#膠層形變較為均勻，最大形變量為1.6146mm，2#膠層形變由于氣泡的存在，形變?yōu)榉蔷鶆驙顟B(tài)，最大形變量為1.7018mm。對比兩種膠層，2#膠層的形變量相比1#膠層增加了5.4%，因此氣泡對應(yīng)力條件下尺寸的變化并不明顯。因此，2#膠層在保持導(dǎo)線尺寸穩(wěn)定性的衰減不明顯，仍然可以實現(xiàn)對電連接器焊點的保護(hù)。

4.2 絕緣性能分析和測試

由于硅橡膠材質(zhì)為絕緣體，氣泡也是絕緣體，因此可以理論分析，膠層存在氣泡的電連接器的金屬外殼與焊點之間、焊點與焊點之間均具有良好的絕緣性能。

用100V絕緣電阻表測量電連接器接點1、2、3、4點分別對外殼、電連接器接點1電對電連接器2、3、4點、電連接器2點對電連接器3、4點、電連接器3點對電連接器4電的絕緣性能，測試結(jié)果詳見表1。

表1 絕緣測試結(jié)果表

從表1可以看到，內(nèi)部存在氣泡膠層的電連接器絕緣性能可以滿足絕緣要求值。

5 討論

根據(jù)上述結(jié)果，可以了解到，非連續(xù)氣泡本身具有絕緣性質(zhì)，因此，非連續(xù)氣泡本身并不會對膠層的絕緣性能產(chǎn)生不可忽略的影響。但非連續(xù)氣泡中的主要成分應(yīng)當(dāng)以空氣為主，所以其中會存在一些水分和氧氣，這對于焊點來說可能有受腐蝕的風(fēng)險，但非連續(xù)氣泡本身的體積較小，所攜帶的水分和氧氣也比較少，所以總體來說，其所帶來的腐蝕風(fēng)險較小，同時，根據(jù)上述論述，其也不會影響膠體的絕緣性能。為此，在進(jìn)行電連接器灌膠作業(yè)時，無需將非連續(xù)氣泡生成控制作為工藝優(yōu)化改善重點，并可以直接忽略非連續(xù)氣泡的形成。

6 結(jié)束語

本文通過仿真評估了氣泡膠層內(nèi)應(yīng)力情況和形變情況，通過絕緣電阻表測試了含有氣泡膠層電連接器的絕緣性能，結(jié)果表明，膠層非連續(xù)氣泡對電連接器灌膠性能的影響可以忽略不計，因此膠層含有非連續(xù)氣泡，且直徑不大于2mm時，該電連接器仍然為合格品。