电连接器可靠性设计探讨

电连接器可靠性设计探讨

杨文博

陕西华达科技股份有限公司陕西西安710065

摘要：电连接器是航空、航天、电子、海洋等领域先进系统和设备应用的重要的基础电子元器件，必须高度重视其可靠性设计工作并认真作好。基于此，本文对电连接器可靠性设计进行了探讨，以供参考。

关键词：电连接器，可靠性，设计

电连接器作为一种基础电器元件，用于实现电信号的传输和控制以及电子与电气设备之间的电连接，在航天、电子、通信等行业中应用广泛。一个复杂的航天系统要求有数以千计的各类电连接器，例如某一型号发射任务，仅地面设备就需各种电连接器3400多套。电连接器要求在各种恶劣的环境、各种苛刻的条件下可靠地沟通电路、传递信息来实现特定的功能，其可靠性直接影响到火箭和导弹等工程系统能否可靠地工作。据统计，目前各种系统的失效或故障现象的70%是由元器件的失效而产生的，在这其中又有40%是由电连接器的失效而产生的。电连接器已被列为国内外公认的四种可靠性较差的元件之一，电连接器可靠性也成为国内外的研究热点。

1国内连接器可靠性研究

1.1电连接器失效分析

电连接器的失效模式包括电接触失效、机械连接失效、绝缘失效以及其他失效，电连接器的电接触不实、绝缘不良、结构不够稳固以及密封不好成为航天级连接器失效最为常见的原因。电连接器失效主要由电接触不良导致。电接触不良主要是因为环境恶劣、微动磨损。针对电接触失效问题，应将研究的发力点放在优化接触电阻、接触膜层等研究方向，通过理论与实际相结合的原则，利用电连接器微动损耗以及接触薄膜层生成原理，建立电连接器接触失效的数学模型，从而解决电接触失效问题。绝缘失效也是电连接失效中应该重点考虑的问题。电连接器接触之间的绝缘电阻的电阻值达不到目标值，使接触之间出现线路短路，是绝缘失效产生的重要原因。

1.2电连接器可靠性设计考虑因素

为了保证电连接器的可靠性，设计人员必须拿出合适的可靠性设计方案，在对电连接器进行设计的时候，应优先考虑影响电连接器可靠性的各种因素。电连接器可靠性设计的内容主要是设计思想、设计原则、设计依据、设计程序、设计指标、设计内容以及设计应用技术等七个方面。

2电连接器可靠性设计基本程序

电连接器可靠性设计是电连接器产品研制过程的组成部分，其基本程序与产品研制程序具有统一、同步的特点，程序大体一致，但强调的内容各有侧重。电连接器可靠性设计基本程序框图如图1。

图1电连接器可靠性设计基本程序框图

3电连接器可靠性设计基本内容

3.1进行质量特性分析，编制技术条件(标准)

针对使用方的质量要求和研制任务书的技术指标，进行质量特性分析，研究可靠性与性能参数的相互关系，考虑设计中需注意或需重点解决的技术、质量问题是技术条件(标准)编制过程中必须进行的工作。编制的技术条件(标准)应体现出这种分析、研究的结果。

3.2确定并优化可靠性设计总体方案

在进行电连接器总体方案设计时，要有几种总体方案进行比较，优化设计，选择出性能、可靠性、工艺性、结构性好，成本低廉的最佳方案，一般采用方案论证会的形式进行。

3.3设计合理结构，满足性能要求

电连接器性能要求与电连接器结构设计密切相关、相互影响，不能截然分开。在确定电连接器性能、技术标准时，除必须满足使用方提出的要求外，还必须考虑电连接器结构的可行性；在电连接器结构设计时必须考虑能否达到或超过规定的性能要求、规定的技术标准，能否保证达到使用方的要求。现将电连接器的几个重要性能要求、结构设计要求列表汇总如表1。

3.4电连接器可靠性设计

电连接器的可靠性由电连接器本身具有的固有可靠性和使用可靠性决定。电连接器可靠性设计、制造工艺决定了固有可靠性水平，而使用可靠性受电连接器使用、维护、储存、应用环境等因素的影响。在进行电连接器结构设计、制造时，应根据使用环境、使用要求、技术标准，应用可靠性设计技术，积极努力地提高电连接器固有可靠性水平，并积极采取措施使电连接器有利于使用、维护，有利于防止使用中的人为失误，提高电连接器使用可靠性水平，充分发挥电连接器固有可靠性水平的作用。

表1电连接器性能要求与结构设计要求汇总

3.4.1结构设计

表2从接触对、绝缘体、外壳、连接方式等4个方面对电连接器可靠性结构设计进行了概括，并对上述4个方面的各个环节的结构设计内容与要求都进行了简要阐述。

3.4.2性能设计

电连接器的可靠性性能设计如表3。

3.4.3优化设计

应用优化设计理论和方法，对电连接器设计的各种参数、结构进行全面分析、综合平衡，确定最满意的方案。优化设计技术适用于电连接器结构设计、零件结构设计、尺寸精度、性能参数的确定。优化设计是针对一定的要求而定的，最佳参数的确定要与保证电连接器功能、电连接器的可靠性紧密结合。

表2电连接器可靠性结构设计内容与要求

设计优化包括对电连接器进行功能、价值分析，其目的是确保电连接器的使用功能，减少多余功能，既满足使用要求，又能降低成本，缩短试制周期。对电连接器的零件、组件的设计(如结构、材料、尺寸精度、表面粗糙度……)，要从对电连接器的性能、可靠性、工艺性的影响程度进行价值分析，不能单纯地追求高指标、高精度的设计，要考虑经济性及实现的可能性。

3.4.4建立失效模式

收集国内外同类电连接器的失效模式、失效数据、失效样品(特别是使用中的失效模式、失效数据、失效样品)，应用“失效模式及效应分析”(FMEA)和“失效树分析”(FTA)技术进行失效分析，找出失败原因，借鉴成功经验，建立电连接器基本失效模式企业标准，在电连接器可靠性设计中推广应用。

3.4.5电连接器的工艺设计

确保电连接器设计的可靠性，工艺是关键。应开展工艺设计，进行工艺试验，确保最佳工艺路线、工艺方法、工艺参数，特别要注意影响电连接器性能的关键工艺、关键工序，掌握工艺参数波动对电连接器性能的影响程度，采取工艺措施实施工艺控制。工艺设计时应尽可能采用先进的、成熟的工艺方法，采用自动化程度高的设备、仪器、仪表，加强工艺控制，提高零件的一致性，提高组装的一致性，努力减少人为因素对电连接器固有可靠性的影响。

3.5电连接器可靠性设计主要应用技术

电连接器可靠性设计的应用技术涉及范围广阔，主要应用技术有数学基础分析计算技术、失效分析技术、可靠性试验技术、维修可靠性技术、冗余技术、系统可靠性分配技术、系统可靠性数字仿真技术等。

电连接器是军用设备重要的配套元件，同时也是可靠性比较差的一种元件。提高电连接器的电接触可靠性成为可靠性工作的一个重点。本文通过对电连接器失效机理的分析，阐明了电连接器可靠性设计基本程序，探讨电连接器可靠性设计基本内容，对于分析处理电连接器引发的设备故障和提高电连接器可靠性具有一定的借鉴意义。

参考文献

[1]刘永刚，申学良.电连接器常用接触件设计概要[J].机电元件，2016(1).

[2]张剑.连接器设计的可靠性分析与探究[J].数字化用户，2017(45).