电连接器可靠性分析

1、航天连接器的失效预防和可靠性检验杨奋为上海航天技术研究院摘要；接触不良、绝缘不良、固定不良和密封不良是航天电连接器的致命失效。本文在系统阐述 失效机理的基础上，提出了预防航天电连接器致命失效应采取的措施和建议开展可靠性筛选检验 的项目。主题词：连接器 失效 预防可靠性检验引言连接器是航天系统工程重要的配套元件，从系统、分系统、机柜、组合、印制板到每个可更换的 各独立单元，成千上万的电连接器如同人的神经系统分布于各系统和部位，担负着控制系统的电 能传输和信号控制与传递。任何一个电连接器失效都将导致整个航天系统工程的失败。这方面国 内外航天史上发生的惨痛教训是十分深刻的。作者曾于96年发表过“航天

2、用电连接器的失效分析”一文。它总结分析了航天电连接器的常见 病、多发病。通过近年来的检验实践和学习考察，特别是开展零缺点的质量管理后，作者认为， 航天电连接器出现故障后，准确分析失效模式和失效机理果然重要，但它往往是在已付出惨痛代 价之后。更重要的是要贯彻航天质量管理“双归零”的原则，积极开展故障预想，提高设计可靠 性和强化生产工艺过程控制。要在认真失效分析的基础上，研究如何预防失效。发生在型号不同 研制生产阶段的电连接器失效，给国家和企业造成的政治经济损失是不一样的，越临近最终使用 阶段所造成的损失和付出的代价就越大。作为航天电连接器的专业生产厂，一定要千方百计地从 设计、工艺和检验等方面提

3、高产品的固有可靠性。分析是基础，预防是目的。从某种意义上讲，预防失效比分析失效更重要。它对保证航天电连接 器的质量和可靠性具有更现实的意义。航天电连接器的致命失效电连接器是一种为电线和电缆端头提供快速接通和断开的装置。用通俗的话来表达就是，接触部 位该导通的地方必须导通，接触可靠。绝缘部位不该导通的地方必须绝缘可靠。航天电连接器的 失效模式很多，根据作者检验实践，从中总结概括出以下四种致命失效模式。接触不良接触件是电连接器的核心零件，也是电连接器的导电部分，它将来自连接器尾部所连的电缆或电 线的电压或信号传递到与其相配连接器对应的接触件上。故接触件必须具备优良的结构，稳定可 靠的接触保持力和良

4、好的导电性能。由于接触件结构设计不合理，材料选用错误，机械加工尺寸 超差、表面粗糙、热处理、胶接及表面处理等工艺不合理，贮存使用环境恶劣和操作使用不当， 都会在接触件的接触部位和端接部位造成接触不良。用于某型号运载火箭电缆网的小型矩形插头，在电装导通检查时发现个别插孔松，分离力低，接 触不良。为判定在靶场已装机待发射状态的同批次插头接触是否可靠，只得在基地现场用标准插 针和砝码逐只对每个插孔进行单孔分离力检查。用于某型号运载火箭的穿墙式密封插座，在基地发现个别接点接触不良，有断路现象。经专家取 证分析发现，插座内转接插针处有白色硅橡胶爬升到插孔和插针接触部位，且部分转接插针的分 离力也不合格。

5、由此认为该产品在结构上存在着没有认识到的设计缺陷，必须改进该产品设计方 案，提高产品的设计可靠性。某型号选用的压接单端线束的小型矩形插座，用户在导通检测时发现28点插针与导线不导通， 而28点导线与10点插针与导线成通路。分析原因是28点虚压后在装配穿线过程中，28点导 线与10点压接导线粘连在一起所致。绝缘不良绝缘体的作用是使接触件保持正确的位置排列，并使接触件与接触件之间、接触件与壳体之间相 互绝缘。故绝缘件必须具备优良的电气性能、机械性能和工艺成型性能。特别是随着高密度、小 型化电连接器的广泛采用，有些间距达0.635mm，甚至0.3mm。这对绝缘材料、注塑模具精度和成 型工艺等提出了更

6、苛严的要求。由于绝缘体表面或内部存在金属多余物、表面尘埃、焊剂等污染 受潮，有机材料析出物及有害气体吸附膜与表面水膜溶合形成离子性导电通道，吸潮、长霉、绝 缘材料老化等原因，都会造成短路、漏电、击穿、绝缘电阻低等绝缘不良现象。案例1：某卫星用于偏置动量轮的CX-31玻璃烧结密封插座振动试验时出现信号不稳定，插座某 点插针与壳体间有短路现象。经观察分析发现，插座镀金层局部开始腐蚀，单个插针玻璃烧结与 壳体的交界处部分镀金层剥落，出现短路的插针与壳体间有一条由于镀金层起皮产生的金属多余 物粘连在一起。案例2：某厂生产的园形插座耐压要求1300V、1min不击穿，绝缘电阻要求大于1000MQ。用户

7、补充筛选时发现有一插座第1与第2插针间绝缘电阻、耐压均不合格。绝缘电阻仅有20 MQ， 耐压700V即击穿。解剖分析发现，绝缘体上、下安装板芯间有碳黑状击穿痕迹。经与生产厂共 同分析认为是由于胶接绝缘体上下安装板采用的灌封胶不洁，混有个别金属多余物所致。固定不良壳体是电连接器外罩。插合的一对连接器壳体，通常也为伸出的接触件提供精确的对中和保护， 同时还具有安装定位、锁紧固定在设备上的功能。固定不良，轻者影响接触可靠造成瞬间断电， 严重的就是连接器解体。解体是指电连接器在插合状态下，由于材料、设计、工艺等原因导致结 构不可靠造成的插头与插座之间、绝缘体与壳体之间或插针与插孔之间的不正常分离，将造

8、成控 制系统电能传输和信号控制中断的严重后果3。由于设计结构不可靠，选材错误，成形工艺选 择不当，机加工、热处理、模具、装配、铆接等工艺质量差，造成弹性零件变形断裂，卡钉漏铆， 装配不到位等都会造成固定不良。案例1：某重点工程用的园形压接式插头座在单机联试时多次发生插头壳体连绝缘体与外面的连 接环分离的严重解体事故。经取证分析认为是由于连接环内的定位槽深度不够，导致在外来扭矩 或其它旋转力作用下将卡圈旋出，造成插头解体失效。后经设计改进结构尺寸，避免了类似事故 重现。由此案例说明，对这类关键零件，如卡圈、波纹簧、弹簧等的材质、热处理工艺要求及外 形几何尺寸、定位槽尺寸精度等一定要经大量试验计算

9、反复论证后才能得到准确、可靠的选择。案例2：某厂生产的小型园形插头座在基地联试时发现插头解体，经取证分析发现是由于插头内 的卡环装配不到位，未完全压入定位槽，导致受力时壳体连同绝缘体与用螺纹连接在插座上的连 接环分离。案例3：用于某重点工程电源系统的YB3470L20-41SN插座，在赴外地联试返回后发现，与其配 合的短路插头有歪斜现象。经检查发现插座上的三个卡钉仅剩一个，分析认为：造成事故的直接 原因是插座壳体装上卡钉后，其中有二个卡钉未铆接翻边所致。密封不良航天用密封电连接器有树脂密封和玻璃烧结密封二种形式。树脂密封插座常用气压法进行粗检 漏，而玻璃烧结密封插座则必须采用氦质谱仪进行精检漏

10、。由于树脂灌封工艺质量和玻璃烧结工 艺质量，接触件的插配不良等原因造成壳体与绝缘体或绝缘体与接触件界面处应力集中，存在微 裂纹、气泡等缺陷，引起密封不良失效。案例1：某型号园形插座壳体与绝缘体之间采用771胶胶粘固化密封，气密性检查发现漏气。分 析认为是由于胶粘剂固化不完全，结合力差，固化后收缩产生较大空洞所致。案例2：某厂生产的园形密封插座产品技术条件规定漏率应不大于10-5pa.m/s。用户进行补充筛 选发现漏率大部分不合格。经检查原因是生产厂因氦质谱仪出现故障，临时用酒精气泡法代替。 由于试验方法不符合标准要求，导致不合格产品出厂。此外，由于壳体镀层起皮、腐蚀、碰伤，绝缘体毛刺、裂纹，接

11、触件加工粗糙、变形等原因造成 的外观不良，由于定位锁紧配合尺寸超差，加工质量一致性差，总分离力过大等原因造成的互换 不良，也是航天电连接器的常见病、多发病。这二种失效一般都能在检验及使用过程中及时发现 剔除。而上述四种致命失效是连接器的隐形缺陷，必须采取有效措施预防。预防失效的措施培育企业质量文化预防失效必须坚持“以人为中心”的管理。产品质量取决于人的质量。质量靠人来创造，因此， 构筑和培育质量文化的核心出发点与落脚点都是人。发现失效并不可怕，可怕的是不能站在维护 企业整体利益的高度去认真失效分析，把坏事变为好事，及时采取整改预防措施。而是为了个人 或部门的眼前利益采用掩盖和回避矛盾的做法。如

12、某厂在短短一个月内连续出现18个批次铝壳 体表面镀层起皮，明明是工艺质量问题，却在不合格审理单上由主管设计签字，审理单上的“产 生原因”和“预防措施”二个栏目均为空白。全国质量月该厂举行内部废品展览，露列了大量的 各种废品，也均不分析原因和责任。作者认为，强化质量意识，首先需要强化企业领导者的质量 意识。企业领导者的质量意识是企业能否生存和发展的决定因素。只有领导者的质量意识增强了， 才能落实质量发展战略，才能有效提高企业的综合素质，才能研制开发和生产出市场竞争力强的 产品。质量价值观念不仅影响个人行为，还影响群体行为和整个企业行为，进而影响企业的效益、 形象和声誉。开展零缺点质量管理 质量管

13、理的标准是零缺点，是要求每个人第一次就把事情做对。提高质量的良方是事先预防，不 是事后检验。现在有些厂为追求生产进度，发现产品失效后往往不太追究生产部门的问题出在哪 里。产品退回厂总认为是质检部门的事。他们振振有词地为自己辩解，认为自己每天生产出这么 多产品，难免会出差错。部分领导不注意生产过程质量控制，而把重点把关放在成品最终检验上。 如某厂尽管最终设了成品检验、抽样专检和出库检验三道防线，仍屡次发生接触不良等严重影响 企业声誉的致命失效。开展零缺点的质量管理，要求每个职工做明白人、办明白事。全方位地对 每人每天每事进行清理控制，就是企业每天所有的事都有人管。做到控制不漏项，所有的均有管 理

14、、控制内容，并依据工作标准对各自控制的事项按规定计划执行。每日将实施结果与计划指标 对照总结纠偏，达到对事物发展过程日控事控的目的，确保事物向预定目标发展。如果人在岗位， 而对自己应该干什么，干多少，按什么标准干，达到什么结果都心中无数，这就难以达到“零缺 点”。内部质量审核内部质量审核可为企业提供减少、消除，特别是预防失效的客观证据，揭示一些尚未达到标准所 规定的薄弱环节，作为企业完善质量体系，达到模式标准的整改依据。通过内审把存在不合格失 效的有关信息进行系统分析，作为企业管理层采取预防失效决策的主要依据之一。由于内审是一 个抽样过程，审核检查只可能在某一时刻进行，不可能跟踪全部过程，这就

15、需要各部门“举一反 三”。不仅对本部门查出的失效分析原因，采取预防措施，防止类似失效重现，且要对其它部门 查的不合格项目也采取自查自纠，这也是企业质量文化的体现。实施航天电连接器可靠性增长工程方案航天电连接器专业生产厂要编制和实施航天电连接器可靠性增长工程方案。要积极开展和加强电 连接器可靠性研究、设计、试验和统计工作。通过DPA试验，力求给 出连接器定量的可靠性指标。目前航天电连接器的可靠性分析工作与航天系统工程需求有不少差 距，至今还没有一个有可靠性指标的电连接器。为此，生产厂和用户要密切合作。首先生产厂要培养造就一支具有丰富实践经验的失效分析专家 队伍，能准确定位分析生产过程中出现的各类

16、设计、工艺和检验质量问题，并及时采取预防纠正 措施。用户应对检测、装配、试验等整个使用过程中发生的质量和可靠性问题（包括时间、地点、 环境、失效现象和失效件等）作出详尽正确的记录反馈生产厂，以便生产厂进行认真的失效分析 后找出原因，从而采取有效的预防失效措施，及时更改设计工艺文件。针对产品使用过程中暴露 的缺陷，改进设计工艺和预防失效是增长航天电连接器可靠性的最有效方法。重视和加强工艺装备和检测设备的技术改造通过最近许多失效案例分析给我们的反思是：要满足航天事业对电连接器日益增长的品种、数量 和质量需求，单凭增加人力投入是不行的，我们必须引进国内外许多先进的连接器生产工艺装备 及检测设备，为生

17、产航天电连接器服务。如灌胶现许多厂用针筒手工操作，灌胶量和均匀度很难 控制，局部过量加压后若渗入接触件的插合界面，极易造成接触不良。该工序可用目前许多厂商 推出的自动点胶机完成操作。它可X、Y、Z三轴作平面及立体运行。可作点、线、面及不规则图 形涂胶。可与大小针筒、胶枪及储液连接。涂胶时间和行走速度可作编程。任何高低浓度液体皆 可适用。还可作直视编程，操作介面简单、易用。再如目前许多厂总分离力用弹簧秤测定，单孔 分离力用标准插针加砝码测定，压接导线拉脱力用吊砝码测定，机械寿命用手工插拔。而这些检 验项目均可用伺服系统全自动插拔力试验机完成对各种连接器插拔力测试。该机电脑可准确控制 插拔行程、速

18、度、次数、暂停时间及绘制插拔位移曲线图、寿命曲线及检查报告。由于备有自动 对中的夹具，故能高精度地进行单孔分离力、总分离力、机械寿命和压接导线拉脱力等试验。作 者认为：随着电子化、信息化时代的发展，现在生产民用连接器和电缆组件有许多科技含量高、 先进、成熟的工艺检测手段，通过学习借鉴完全可以用于航天电连接器生产厂的工艺装备和检测 设备技术改造。预防失效的可靠性筛选检验为确保航天用电连接器的质量和可靠性，预防致命失效的发生，建议按产品技术条件研究制定相 应的筛选技术条件，开展以下有针对性的预防失效的可靠性检验。预防接触不良导通检测目前产品技术条件交收试验无此项目，而用户装机后一般均要进行导通检测

19、。但有的检查方法还 相当原始，用蜂鸣器、万用表或指示灯手工逐点检查。由于工作量大、精细、繁琐、枯燥、易疲 劳，还需对照图纸、接线表、芯线号，极易造成漏检、错检。在此建议连接器生产厂对一些用于 重点型号的转接连接器，如带有内外插头的穿墙式三件套插头座，带电线电缆的连接器组件，应 增加100%的导通逐点检测。日本耐可公司生产的NM-SP导通仪检测点数达512点，非常适用于 导弹武器系统等复杂多芯的电缆网或线束组件的导通检测。该机与电脑相连，能迅速判明每个接 点有否断路、短路或误配线等。NM-ECTS导通仪适用于128点，64回路的单端线束导通检测。 该仪器最大的优点是能防止漏检。手工逐点导通检测、

20、漏掉一点往往难以发觉。而该仪器任意触 摸，只要漏掉一点，就发不出合格的声光指示信号，非常直观。瞬断检测航天电连接器有许多是在动态振动环境下使用的。实验证明仅用检验静态接触电阻是否合格，并 不能保证动态环境下使用接触可靠。往往接触电阻合格的连接器在进行振动、冲击、离力等摸拟 环境试验时仍出现瞬间断电现象，故对一些高可靠性要求的连接器，许多设计人员都提出最好能 100%对其进行动态振动试验考核其接触可靠性。最近日本耐可公司推出一种与NM-11A导通仪配 套使用的便携式小型台式电动振动台。其中NM-11A导通仪有10个平行独立回路，可按产品技术 条件规定设定监测的瞬间断电时间振动台可摸拟产生100赫

21、芝以内的低频振动。目前该套设备已 成功地应用于许多振动环境下使用的民用线束接触可靠性检验。作者认为也可以借鉴用于航天电 连接器的动态接触可靠性检测。单孔分离力检测单孔分离力是指插合状态的接触件由静止变为运动的分离力，用来表征插针和插孔正在接触。实 验表明：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。用测单孔分离力的方法 检查接触可靠性比测接触电阻有效。检查发现单孔分离力超差的插孔，测量接触电阻往往仍合格。 为此建议生产厂除要研制开发新一代的柔性插合接触稳定可靠的接触件外，不应对用于重点型号 的关键电连接器采用自动插拔力试验机，对成品进行100%的逐点单孔分离力检查。防止因个别 插孔

22、松驰造成信号瞬断。预防绝缘不良绝缘材料检查原材料质量优劣对绝缘体的绝缘性能影响很大。故每批热固性塑料粉或热塑性塑料粉使用前都必 须按产品标准进行必要的原材料入厂复验。最好能选择高密度、小间距的注塑模，按现行注塑工 艺试压几个绝缘体样品，测定其绝缘性能是否符合产品技术条件规定要求。绝缘体绝缘电阻检查目前有部分生产厂工艺规定装配成成品后再检测电性能，结果由于绝缘体本身绝缘电阻不合格， 只得整批成品报废。合理的工艺应是在绝缘体零件状态就100%进行工艺筛选，确保电性能合格。 目前国内许多连接器生产厂采用的电性能测试仪都是单参数的，如耐压测试仪、绝缘电阻测试仪 和接触电阻测试仪等。需多次插拔变换仪器和

23、多次变换二至三个测试工装，操作较为繁琐。而日 本nac公司、美国CIRRIS公司等推出的多功能自动电性能检测仪，内部采用自动逻辑切换数字 电路，一次插合即能快速、准确地完成导通、绝缘、耐压和瞬断等项目的自动检测。用电脑菜单 设定试验电压、试验时间、漏电流、绝缘电阻阈值等参数。仪器具有自检功能，以判断检测前仪 器是否正常。还能将被检连接器或线束与记忆的内存样品信息比较判断是否合格。能自动将检验 结果打印输出和通过电脑查询记录。预防固定不良互换性检查互换性检查是一种动态检查。它要求同一系列相配的插头和插座都能进行相互插配连接。从中发 现有否由于壳体、绝缘体、接触件和橡胶垫等零件尺寸超差，缺装零件或

24、装配不到位等原因造成 无法插合、定位和锁紧，甚至在受旋转力的作用下造成解体。互换性检查的另一作用是通过螺纹、 卡口等插拔连接能及时发现有否产生影响绝缘性能的金属多余物。故建立对一些重要用途的电连 接器应100%进行该项目检查，以避免在基地临阵状态出现这类重大的致命失效事故。耐力矩检查耐力矩检查是一种考核电连接器结构可靠性十分有效的检查方法。如美军标MIL-L-39012标准规 定，SMA射频插头采用专用定力板手进行耐力矩检查，力矩要求为0.791.13N.m。某厂生产的 SMA-JB2射频插头90只，用户在电装时发现一只插头因卡环未完全装入螺套定位槽而解体。事 故发生后，按标准用定力板手逐只进

25、行耐力矩检查，从中又发现相同失效模式的解体插头一只。目前大部分航天电连接器技术条件尚无耐力矩检查项目，为此，研究和制定航天电连接器结构可 靠性的检查方法，是摆在我们面前的一项紧迫任务。压接导线的通测 某型号飞船用的耐环境快速连接压接式园形插头，在电装时经常发现个别芯压接导线送不到位， 或送到位后锁不住，接触不可靠。分析原因是个别安装孔齿套定位处有毛刺或多余的胶液。特别 是使用厂已电装到一个插头座的最后几个安装孔，发现该疵病后只得将已安装好的其它孔压接导 线一一卸出，重新更换插头座。此外，由于导线线径与压接孔径选择配合不当，或由于压接工艺 操作失误，还会造成压接端不牢的事故。为此，建议生产厂在成品出厂前要对交货的每个插头（座） 的所有安装孔进行通测，即用装卸工具将压接有插针或插孔的导线摸拟送到位，检查能否锁住 4。根据产品技术条件规定，