关于连接器接线松脱失效问题研究

作者：戴银燕 ,张乐,项永金,黄宇,濮学蕊,王奎（格力电器（合肥）有限公司,安徽合肥,230088）时间：2020-11-23来源：电子产品世界收藏

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。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/202011/420546.htm

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#	67	62
2#	66	61
3#	44	49
4#	48	53
5#	52	45
6#	45	46

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	48	81	80
	40	50	84	73
	48	63	86	58
	50		76	79
	52	35	79	85
	43	41	80	81
	46	50	89	81
	52		79	78
	45	52	78	83
	36	33	80	78
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。