关于连接器接线松脱失效问题研究

编者按连接器广泛应用于航空、航天、国防等军用和民用系统中,是实现电气连接和信号传递的基础元件。电连接器可靠性的高低与系统的安全可靠运行息息相关。因此研究连接器接触可靠性，增加抗拉力，避免接线松脱是目前急需要解决的问题。本文以家电用控制器主板上的连接器为例，阐述连接器接线松脱的解决方案，为后续的连接器可靠性提升奠定基础。

0前言

连接器，即CONNECTOR。国内亦称作接插件、插头和插座，一般是指电器连接器。即连接两个有源器件的器件，传输电流或信号。它的作用至关重要，即在电路内被阻断处或孤立不通的电路之间，架起沟通的桥梁，从而使电流流通，使电路实现预定的功能。连接器是电子设备中不可缺少的部件，顺着电流流通的通路观察，你总会发现有一个或多个连接器。连接器形式和结构是千变万化的，随着应用对象、频率、功率、应用环境等不同，有各种不同形式的连接器。例如，球场上点灯用的连接器和硬盘驱动器的连接器，以及点燃火箭的连接器是大不相同的。但是无论什么样的连接器，都要保证电流顺畅连续和可靠的流通。因此增强连接器插头（本文指塑壳连接器）、插座（本文指针座）抗拉强度是首要解决的问题。

图1针座塑壳松脱

1事件背景

实际生产应用中连接器经常会出现不同形式的失效，如针座针芯断、少针、针座塑壳脱出（图1）、针座与线连接器松脱（图2），以上故障中第3、4种失效模式隐患更大，两者接触不良直接导致接触电阻增大，严重还有可能出现打火烧坏。

分析原因线连接器与针座装配完成后，由于连接器线较长，实际生产周转过程受力概率较大，如塑壳与针芯之间保持力较小，就会出现接线松脱问题。

图2针座与线连接器松脱

2可靠性提升方案

2.1针座松脱可靠性提升方案——针芯改为十字结构

2.1.1现有结构分析

经过对塑壳松脱的针座解剖发现其内部针芯为凹槽结构。这种结构针芯整体表面较平整，针座生产过程是塑壳先成型，然后将针芯冲压进塑壳对应孔内，实际针芯凹槽内部无填充塑壳，即凹槽对针座保持力作用很小。在针座受不同方向力即出现松脱现象，测试拉力数据如表1。

表1针座与针芯保持力测试数据

样品编号

针与塑壳保持力

（拉力方向倾斜45度角）

针与塑壳保持力

（拉力方向竖直引线）

1#

67622#

66613#

44494#

48535#

52456#

4546

具体操作方法及测试结果将针座焊接在PCB板上，插上对应线连接器，出现两种情况

1）竖直拉线连接器60-70N时，线连接器与针座分离，针座上的塑壳与针芯未出现松脱。

2）斜约45°角拉感温包引线40-45N时，感温包端子与针座未分离，针座上的塑壳与针芯出现松脱。

总结从测试情况看，针座受力拉脱力值在40—60N，针座保持力值较小，该力值实际很难满足生产操作，通过操作很难杜绝，需要从结构上改善。

2.1.2可靠性提升方案

从针芯结构上更改，将凹槽结构更改为十字结构，更改前后如图3、图4。

图3凹槽结构

图4十字结构

行业内已经有此种结构针座，对比针芯与塑壳保持力发现十字结构针座装板很难拉脱，两种结构各测试10组数据如表2。

表2针座凹槽、十字结构拉脱力值测试数据对比

凹槽结构

十字结构

样品

拉脱力值（N）

样品

拉脱力值（N）

1#

56

1#

测试值超过120N未拉脱

2#

62

2#

测试值超过120N未拉脱

3#

88

3#

测试值超过120N未拉脱

4#

72

4#

测试值超过120N未拉脱

5#

63

5#

测试值超过120N未拉脱

6#

81

6#

测试值超过120N未拉脱

7#

57

7#

测试值超过120N未拉脱

8#

65

8#

测试值超过120N未拉脱

9#

58

9#

测试值超过120N未拉脱

10#

64

10#

测试值超过120N未拉脱

平均值

66.6

＞120

总结从上表对比数据看，针芯与塑壳之间的保持力，十字结构的针芯保持力明显高于凹槽结构。另外，从更改前后结构看十字针芯圆弧过渡，该结构针芯折弯应力较小，不易折断。

2.1.3分析验证结论

通过实验验证对比分析，针座针芯使用十字结构可以大幅度提升针与塑壳直接的拉脱力值，实际整改效果显著。

针座全部采取十字结构可以有效解决针断不良（凹槽结构针倒R圆角，本身就会产生应力如果倒角出现不良，针很容易受力断，且凹槽结构针座针与塑壳结合力低），十字结构针抗弯折能力高，即使弯折也不易断裂。

图5线连接器结构图

2.2线与针座松脱可靠性提升方案——线连接器保持器增加凸台

2.2.1现有结构分析

常用塑壳连接器结构如图5，包括塑壳、卡扣、保持器、引线。

卡扣与塑壳之间有一定的间隙（如图6），如使用过程按压到卡扣上部，卡扣尾部即起翘与针座脱落（如图7），出现接线松脱，连接断开（如图8）。

图6卡扣与塑壳存在间隙

实际生产过程中通过对线连接器与针座表面打胶固定（如图9），可避免接线松脱，但是这种方式既耗费材料又增加工时，不是最优的方案，需要从物料结构上改善。

图7按压卡扣尾部起翘

2.2.2接线松脱可靠性提升方案

分析接线松脱原因为塑壳卡扣无法固定。从此点出发对结构优化，寻找固定卡扣的方式。通过对塑壳连接器现有结构分析，可以对保持器结构优化，增加凸点，正好顶住塑壳卡扣的上部，限制卡扣的活动范围。但是此凸点不能完全将卡扣固定死，否则无法装配，凸点厚度尺寸在卡扣与塑壳距离的3/4为宜。这样即不影响装配，装配后塑壳也不会脱落。更改前后产品的结构如图10。对比更改前后线连接器与针座之间的保持力如表3。

表3更改前后线连接器与针座之间的保持力

样品状态

更改前

更改后

拉力值

(单位N)

44

48818040508473486386585076795235798543418081465089815279784552788336338078平均值

46.5

79.4

最小值

33

58

最大值

63

89

2.2.3分析验证结论

经过对比结构更改后线连接器与针座的保持力得到明显提升，拉力平均值由46.5N提升到79.4N，同时更改后产品不再需要打胶固定，生产成本和生产工序得到优化。

图8连线松脱

3总结

本文通过对实际售后及生产过程投诉的接线松脱问题，归结为两大类一是针座针芯与塑壳之间的松脱；二是线连接器与针座之间插装的接线松脱。从解决根本问题出发，对使用环境及产品结构详细分析，通过数据收集—失效分析—整改方案制定—方案实施—效果验证等一系列解决问题的流程，最终对应确认了两个整改方案一是针座针芯更改为十字结构，二是线连接器保持器更改为二合一结构，既能防止线芯端子脱落又能增强线连接器与塑壳之间的保持力，防止脱落，从而杜绝类似问题的重复发生，提高连接器接触稳定性，更方便快捷的实现信号传输。

图9打胶固定

4连接器接线松脱问题整改的意义

通过对连接器接线松脱问题的解决，阐明了一种分析思路。即首先要了解器件结构及各部件的作用，然后深入挖掘问题产生的根源。从管理思路向技术思路转变，从器件结构优化上提升产品质量。

图10保持器更改前后对比图