連接器電氣性能檢測

1、1 引言 不論是高頻電連接器，還是低頻電連接器，絕緣電阻、介質(zhì)耐壓（又稱抗電強度）和接觸電阻都是保證 電連接器能正?？煽康毓ぷ鞯淖罨镜碾姎鈪?shù)。通常在電連接器產(chǎn)品技術(shù)條件的質(zhì)量一致性檢驗 A 、B 組常規(guī)交收檢驗項目中都列有明確的技術(shù)指標要求和試驗方法。這三個檢驗項目也是用戶判別電連接器質(zhì) 量和可靠性優(yōu)劣的重要依據(jù)。但根據(jù)筆者多年來從事電連接器檢驗的實踐發(fā)現(xiàn)，目前各生產(chǎn)廠之間以及生 產(chǎn)廠和使用廠之間，在具體執(zhí)行有關(guān)技術(shù)條件時尚存在許多不一致和差異，往往由于采用的儀器、測試工 裝、操作方法、樣品處理和環(huán)境條件等因素不同，直接影響到檢驗準確和一致。為此，筆者認為，針對目 前這三個常規(guī)電性能檢驗項

2、目和實際操作中存在的問題進行一些專題研討，對提高電連接器檢驗可靠性是 十分有益的。另外，隨著電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，新一代的多功能自動檢測儀正在逐步替代原有的單參數(shù)測試儀。 這些新型測試儀器的應用必將大大提高電性能的檢測速度、效率和準確可靠性。2 絕緣電阻檢驗21 作用原理絕緣電阻是指在連接器的絕緣部分施加電壓， 從而使絕緣部分的表面或內(nèi)部產(chǎn)生漏電流而呈現(xiàn)出的電阻 值。即絕緣電陰（MQ）=加在絕緣體上的電壓（V） /泄漏電流（gA）o通過絕緣電阻檢驗，確定連接器的絕緣 性能能否符合電路設(shè)計的要求，或在經(jīng)受高溫、潮濕等環(huán)境應力時，其絕緣電阻是否符合有關(guān)技術(shù)條件的 規(guī)定。絕緣電阻是設(shè)計高阻抗電路的

3、限制因素。絕緣電阻低，意味著漏電流大，這將破壞電路和正常工作。如 形成反饋回路，過大的漏電流所產(chǎn)生的熱和直流電解，將使絕緣破壞或使連接器的電性能變劣。22 影響因素 主要受絕緣材料、溫度、濕度、污損、試驗電壓及連續(xù)施加測試電壓的持續(xù)時間等因素影響。221 絕緣材料設(shè)計電連接器時選用何種絕緣材料非常重要， 它往往影響產(chǎn)品的絕緣電阻能否穩(wěn)定合格。 如某廠原使用 酚醛玻纖塑料和增強尼龍等材料制作絕緣體，這些材料內(nèi)含極性基因，吸濕性大，在常溫下絕緣性能可滿 足產(chǎn)品要求，而在高溫潮濕下則絕緣性能不合格。后采用特種工程塑料 PES（聚苯醚砜）材料，產(chǎn)品經(jīng)200G 1000h和240h潮濕試驗，絕緣電阻變化

4、較小，仍在105 MQ以上，無異常變化。222溫度高溫會破壞絕緣材料，引起絕緣電阻和耐壓性能降低。對金屬殼體，高溫可使接觸件失去彈性、加速氧 化和發(fā)生鍍層變質(zhì)。如按 GJB598生產(chǎn)的耐環(huán)境快速分離電連接器系列II產(chǎn)品，絕緣電阻規(guī)定 25C時應不小于5000MC，而200 C時，則降低至不小于 500MD。223溫度潮濕環(huán)境引起水蒸氣在絕緣體表面的吸引和擴散，容易使絕緣電阻降低到MQ級以下。長期處于高溫環(huán)境下會引起絕緣體物理變形、分解、逸出生成物，產(chǎn)生呼吸效應及電解腐蝕及裂紋。如按GJB2281 生產(chǎn)的帶狀電纜電連接器，標準大氣條件下的絕緣電阻值應不小于5000W，而經(jīng)相對濕度 90%95%、

5、溫度40±2'C、96h濕熱試驗后的絕緣電阻降至不小于1000MQ。224污損絕緣體內(nèi)部和表面的潔凈度對絕緣電阻影響很大， 由于注塑絕緣體用的粉料或膠接上、 下絕緣安裝板的 膠料中混有雜質(zhì)，或由于多次插拔磨損殘留的金屬屑及錫焊端接時殘留的焊劑滲入絕緣體表面，都會明顯 降低絕緣電阻。 如某廠生產(chǎn)的圓形電連接器在成品交收試驗時發(fā)現(xiàn)有一個產(chǎn)品接觸件之間的絕緣電阻很低， 僅20MD，不合格。后經(jīng)解剖分析發(fā)現(xiàn)，這是因注塑絕緣體用的粉料中混有雜質(zhì)而造成的。后只得將該批 產(chǎn)品全部報廢。225 試驗電壓因為試驗電壓升高時， 漏電流的增加不成線性絕緣電阻檢驗時施加的試驗電壓對測試結(jié)果有很大關(guān)系

6、 關(guān)系，電流增加的速率大于電壓增加的速率，故試驗電壓升高時測得的絕緣電阻值將會下降。電連接器產(chǎn) 品技術(shù)條件引用的試驗方法中，對試驗電壓都有明確的規(guī)定，通常規(guī)定為 500V 。因此不能用一般歐姆表、 直流電橋等電阻測量儀器來測量絕緣電阻。2 26 持續(xù)時間（讀數(shù)時間）由于被測電連接器在測量極之間存在著一定的電容， 測量初期電源先要對電容充電， 因此在測試時往往 會出現(xiàn)絕緣電阻測試儀上指示的電阻值有逐漸上升的趨勢，這是正?，F(xiàn)象。不少電連接器試驗方法中明確 規(guī)定，讀取絕緣電阻測試儀上的讀數(shù)必須在電壓施加 1min 后進行。23 問題研討231 檢驗環(huán)境溫、濕度的影響電連接器技術(shù)條件通常都規(guī)定了產(chǎn)品的

7、使用環(huán)境溫度和濕度，如溫度為-55125 C,濕度為40支C、95%±3%。筆者認為，檢驗環(huán)境條件和使用環(huán)境條件是有區(qū)別的。技術(shù)條件規(guī)定產(chǎn)品可以在上述溫濕度使 用環(huán)境下工作， 并不意味著生產(chǎn)廠在上述使用環(huán)境條件下測試絕緣電阻都應滿足正常大氣壓下的考核指標。 如有使用溫度上限125C和40±2C、93%± 3%濕熱環(huán)境條件下測絕緣電阻，則應按技術(shù)條件規(guī)定的高溫和濕 熱環(huán)境試驗的考核指標進行考核，而不應按正常大氣壓下的考核指標進行考核。筆者在實際檢驗時多次發(fā)現(xiàn)，同一批產(chǎn)品在北方氣候較干燥的條件下（濕度<50 % ）出廠檢驗絕緣電阻大于1000MC，是合格的；但產(chǎn)

8、品發(fā)運至南方使用廠，在較潮濕的環(huán)境下（濕度 >80% ）復驗，絕緣電阻僅 為100W 200W，屬不合格。遇此情況，有時用酒精清洗烘干后，剛?cè)〕鰴z驗是合格的，但放置到次日 再復測又不合格。為此，建議生產(chǎn)廠在產(chǎn)品交收試驗時，應將絕緣電阻控制在規(guī)定值以上一個恰當水平， 保持有一定的裕度；不要將在干燥環(huán)境下勉強達到規(guī)定值的產(chǎn)品判為合格出廠，以免供需雙方因檢驗氣候 環(huán)境條件不同造成檢驗結(jié)果不一致而引起爭議。為明確檢驗環(huán)境溫濕度要求，現(xiàn)在有部分試驗方法既規(guī)定了測試的環(huán)境溫濕度（相對較寬的范圍），又規(guī)定了出現(xiàn)分歧仲裁時的溫濕度要求（相對取中限較窄的范圍）。如GJB1217-91電連接器試驗方法規(guī)定：

9、試驗的標準大氣條件，溫度1535 C,濕度20%80%，氣壓73103kPa。仲裁試驗的標準大氣條件，溫度 25±1 C，濕度 50%± 2%，氣壓 86106kPa。232檢驗工裝的影響 電連接器技術(shù)條件規(guī)定，電連接器所有接觸件之間和所有接觸件與殼體之間的絕緣電阻都應符合規(guī)定值；又規(guī)定其施加電壓的持續(xù)時間要大于1min。故許多電連接器生產(chǎn)廠對其所生產(chǎn)的每一型號規(guī)格產(chǎn)品都備有相應的23個不同編排連接方式的檢驗工裝（頭孔配座針工裝或頭針配座孔工裝），通過對其接觸件點與點之間、排與排之間和所有接點與殼體之間并聯(lián)施加試驗電壓，檢驗其絕緣電阻是否合格。這種用檢 驗工裝并聯(lián)施加電壓比

10、單個接點間施加電壓條件苛刻。故若用檢驗工裝測試發(fā)現(xiàn)絕緣電阻不合格時，允許 不用工裝直接用表棒在單點間施加電壓進行復測。 但現(xiàn)有部分生產(chǎn)廠和絕大多數(shù)使用單位都不用檢驗工裝， 而是直接采用與絕緣電阻測試儀相連的兩根測試表棒，在每個接觸件之間或接觸件與殼體之間搭接，檢驗 其絕緣電阻是否合格。這種不同檢驗工裝的方法有以下缺點：一是隨機性很大，極有可能產(chǎn)生漏檢；二是 每個接點不可能像有檢驗工裝那樣，可以停留 1min 后再讀數(shù)，故有可能造成誤判，檢驗的可靠性較差。當然，即使使用檢驗工裝，在檢驗前必須首先保證工裝合格，要保證工裝潔凈和干燥，其本身絕緣電阻 必須合格，且留有充分余量。3介質(zhì)耐壓檢驗31 作用

11、原理 間內(nèi)施加規(guī)定的電壓，以此來確定連接器額定電壓下能否安全工作，能否耐受由于開關(guān)浪涌及其它類似現(xiàn) 放電）、火花放電（空氣放電）或擊穿（擊穿放電）現(xiàn)象。過大漏電流可能引起電參數(shù)或物理性能的改變。 由于過電位，即使是在低于擊穿電壓時也可能有損于絕緣或降低其安全系數(shù)，所以應當慎重地進行介質(zhì)耐3 2 影響因素321 絕緣材料16kV/mm的PES（聚苯醚砜）特種工程塑料，能滿足GJB598耐環(huán)境快速分離圓形電連接器YB系列II產(chǎn)品標準大氣壓下耐壓為 1500V的要求。氟塑料（F4）具有比其它材料更高的介質(zhì)耐壓和絕緣電阻，廣泛用322 潔凈度壓1500V,實際測試施加電壓至 400V,即在兩個接觸件之

12、間產(chǎn)生擊穿現(xiàn)象。經(jīng)與生產(chǎn)廠共同進行解剖分析323 濕度J36A矩形電連接器技術(shù)條件規(guī)定：正常條件下耐壓為1000V；而經(jīng)40±2°C、93%±2°C、 48h濕熱試驗后耐壓降為 500V3 24 低氣壓使電路產(chǎn)生短路故障。故高空使用的非密封電連接器都必須降額使用，如Y27A圓形電連接器技術(shù)條件規(guī)定：正常條件下耐壓為1300V,而在1.33Pa低氣壓條件下耐壓降為 200V325 接觸件間距0.635mm甚至0.3mm外形尺寸中最關(guān)鍵的高度尺寸已減小到11. 5 mm表面貼裝技術(shù)（SMT）與小型化的326 爬電距離起表面放電（飛?。?。故有部分連接器的絕緣安

13、裝板表面插針（孔）安裝孔設(shè)計成凹凸臺階形狀，以增加3 27 耐壓持續(xù)時間1min 應無擊穿、 飛弧、 放電現(xiàn)象。 但許多電 連接器生產(chǎn)廠在做成品交收試驗時，為提高檢測速度，往往采用提高試驗電壓20%、縮短耐壓持續(xù)時間為5s 或 10s 的方法。筆者認為，它們之間不存在某種函數(shù)關(guān)系。從交流耐壓擊穿機理來分析，擊穿主要是由 泄漏引起的，即泄漏電流大于規(guī)定值就認為擊穿。另一種是熱擊穿，提高試驗電壓強加泄漏，熱擊穿與時 間長短沒有關(guān)系。如國軍標 GJ1217-91電連接器試驗方法規(guī)定，試驗電壓加至規(guī)定值后應持續(xù)1min。當有規(guī)定時，廠內(nèi)質(zhì)量一致性試驗時的保持時間可降至最少5s。筆者在實踐中發(fā)現(xiàn)按此規(guī)定

14、檢驗合格出廠的產(chǎn)品，用戶在進行 100%補充篩選時，仍發(fā)現(xiàn)有個別產(chǎn)品因絕緣體內(nèi)部存在缺陷而被擊穿。造成上述現(xiàn)象 的原因很可能是由于耐持續(xù)時間縮短為5s，在極短時間內(nèi)對絕緣體電容充電，還不足以使泄漏電流大于規(guī)3 3 問題研討331 測量方法的研究1min ，和測量絕緣電阻一樣， 必須采用 接點并聯(lián)，然后測量兩并聯(lián)接點組之間的介質(zhì)耐壓；第二步將全部接點并聯(lián)的測量并聯(lián)點與“地”之間的介質(zhì)耐壓。如某矩形電連接器接點按正等邊三角形排列，同排點距為2.8mm,排距為2.5mm,鄰排點距為2.87mm雖然兩步測量法沒有測量最小點距2.8mm,而是測量2.87mm,但由于介質(zhì)耐壓很高，為 1000V左右，且裕

15、度大，0.07mm的壁厚所增加的介質(zhì)耐壓微不足道。兩步測量法雖經(jīng)濟，但仍存在不可靠因素，它 無法剔除同排接點間因存在內(nèi)部缺陷而引起的擊穿隱患。故對于高密度、超小型電連接器而言,由于介質(zhì) 耐壓規(guī)定值小，裕度也小，盡管接點是按正等邊三角形排列，但因其接點間距小，相鄰兩點之間的絕緣體 壁厚很薄，只要存在很微小的氣泡、疏松、雜質(zhì)等缺陷，都將嚴重影響介質(zhì)耐壓。因此，必須采用三步測 量法：即在前述兩步測量法基礎(chǔ)上再增加一步，將所有排的奇數(shù)點并聯(lián)，將所有排的偶數(shù)點并聯(lián)，然后測 量兩并聯(lián)接點且之間的介質(zhì)耐壓。對于可靠性要求高、特別是接點間距w 1.5mm接點間絕緣體壁厚w 0.4mm的電連接器，應采用三步測量

16、法，全部測量出每個接點與其所有相鄰接點之間的介質(zhì)耐壓，才能確保安全332 漏電流的設(shè)定方法設(shè)定漏電流閾值。如某矩形電連接器技術(shù)條件規(guī)定耐壓試驗時漏電流不應超過1mA而筆者在實際儀器操作時將漏電流設(shè)定得太低，為 0.5mA,結(jié)果造成儀器報警的“假擊穿”現(xiàn)象。由于大的泄漏電流對連 接器或同軸接觸件的電參數(shù)或物理特性會產(chǎn)生有害的影響，故試驗時泄漏電流的最大值應限制在5mA以內(nèi)。通常產(chǎn)品技術(shù)規(guī)定耐壓試驗時的漏電流不應超過1mA也有部分連接器技術(shù)條件，如GJB101-86小圓菜快速分離耐環(huán)境電連接器總規(guī)范規(guī)定耐壓試驗的最大漏電流不應超過2mA333規(guī)定電壓持續(xù)1min，檢測有否放電、飛弧和擊穿等現(xiàn)象。但

17、目前有相當多的電連接器生產(chǎn)廠沒有采用上述 檢驗工裝，而是用連接儀器的兩根表棒隨機進行點與點、點與殼體間的耐壓檢驗。這種檢驗方法可靠性較334絕緣電阻檢驗不能替代介質(zhì)耐壓檢驗人員也較危險，對被檢連接器也沒好處。因此，有不少人不太愿意進行耐壓試驗。事實上，絕緣電阻檢驗 與耐壓檢驗之間的區(qū)別在于：測量絕緣電阻的電壓是直流，而耐壓檢驗是用交流電壓。另外，測量絕緣電 阻用的電源功率大大低于交流耐壓檢驗的電源功率。因此，絕緣電阻高的連接器，不一定能承受較高的交 流電壓。目前測量絕緣電阻用的兆歐表，雖然測量電壓很高，有的達幾千伏，但輸出功率不大，即使測量 端短路，也僅僅是10mA左右，不可能因使用兆歐表不當

18、而引起觸電死亡事故；而交流耐壓檢驗功率往往高得多，必須重視人身及設(shè)備的安全。連接器絕緣體的內(nèi)部缺陷，只有在大功率、高電壓情況下才能發(fā)現(xiàn)。4 接觸電阻檢驗41 作用原理接觸電阻檢驗目的是確定電流流經(jīng)接觸件的接觸表面時產(chǎn)生的電阻。大電流通過高阻觸點時， 有可能產(chǎn)生過分的能量消耗，并使觸點產(chǎn)生危險的過熱現(xiàn)象。在很多應用中要求接觸電阻低且穩(wěn)定，以使觸點上的 電壓降不致影響電路的精度。在實際測量接觸電阻時，常使用按開爾文電橋四端法原理設(shè)計的接觸電阻測試儀（毫歐計），其專用夾具夾在被測接觸件端接部位兩端，故實際測量的總接觸電阻R由以下三部分組成，可由下式表示：c+R f+R p式中： Rc 為集中電阻，它

19、是電流通過接觸件界面時因?qū)щ娊孛媸湛s（或稱集中）而顯示出來的電阻；Rf為膜層電阻，它是由接觸表面膜層及其他污染物所構(gòu)成的電阻；Rp為導體電阻，它是插配接觸件和引出線本身的歐姆電阻。除用毫歐計外，也可用伏 -安計法、安培 -電位計法測量接觸電阻。4 2 影響因素主要受接觸件材料、正壓力、表面狀態(tài)、使用電壓和電流等因素影響。421 接觸件材料 對不同材質(zhì)制作的同規(guī)格插配接觸件，電連接器技術(shù)條件規(guī)定了不同的接觸電阻考核指標。如GJB101-86小圓形快速分離耐環(huán)境電連接器總規(guī)范規(guī)定：直徑為1mm的插配接觸件接觸電阻，銅合金<5mQ，鐵合金 < 15nlo422 正壓力接觸件的正壓力是指由

20、彼此接觸的表面產(chǎn)生的、并垂直于接觸表面的力。 隨著正壓力增加，接觸微點數(shù)量及面積也逐漸增加，同時接觸微點從彈性變形過渡到塑性變形。由于集中電阻逐漸減小，而使接觸電阻 降低。接觸正壓力主要取決于接觸件的幾何形狀和材料性能。423 表面狀態(tài)接觸表面膜層有兩類：一是由于塵埃、松香、油污等在接點表面機械附著沉積而形成的較松散的表膜。 這層表膜由于帶有微粒物質(zhì)極易嵌藏在接觸表面的微觀凹坑處，使接觸面積縮小，接觸電阻增大，且極不 穩(wěn)定；二是由物理吸附及化學吸附所形成的污染膜，對金屬表面主要是化學吸附，它是在物理吸附后伴隨 電子遷移而產(chǎn)生的。故對一些高可靠性要求的產(chǎn)品，如航天用電連接器，必須要有潔凈的裝配生

21、產(chǎn)環(huán)境條 件、完善的清洗工藝及必要的結(jié)構(gòu)密封措施，使用單位必須要有良好的貯存和使用操作環(huán)境條件。424 使用電壓使用電壓達到一定閾值，會使接觸件膜層被擊穿，而使接觸電阻迅速下降。但由于熱效應加速了膜層附 近區(qū)域的化學反應，對膜層有一定的修復作用，于是阻值呈現(xiàn)非線性。在閾值電壓附近，電壓降的微小波 動可能會引起電流在二十倍或幾十倍變化，使接觸電阻發(fā)生很大變化。不了解這種非線性關(guān)系，就會在測 試和使用接觸件時產(chǎn)生錯誤。425 電流當電流超過一定值時，接觸件界面微小點處通電后產(chǎn)生的焦耳熱（ I ）作用會使金屬軟化或熔化， 從而對集中電阻產(chǎn)生影響，導致接觸電阻降低。43 問題研討431 低電平接觸電阻

22、檢驗考慮到接觸件膜層在高接觸壓力下會發(fā)生機械擊穿， 或在高電壓、 大電流下會發(fā)生電擊穿， 對某些小體 積的連接器設(shè)計的接觸壓力相當小，使用場合僅為 mV 或 mA 級，膜層電阻不易被擊穿，可能影響電信號 的傳輸。故國軍標 GJB1217-91電連接器試驗方法中規(guī)定了兩種試驗方法：即低電平接觸電阻試驗方法 和接觸電阻試驗方法。其中低電平接觸電阻試驗的目的是評定接觸件在加上不能改變物理的接觸表面或不 改變可能存在的不導電氧化薄膜的電壓和電流條件下的接觸電阻特性。所加開路試驗電壓不超過20mV，而試驗電流應限制在100mA，在這一電平下的性能足以表現(xiàn)在低電平電激勵下的接觸界面性能。而接觸電 阻試驗的

23、目的是測量通過規(guī)定電流的一對插合接觸件兩端或接觸件與測量規(guī)之間的電阻，而此規(guī)定電流要 比前者大得多，通常規(guī)定為 1Ao432單孔分離力檢驗為確保接觸件插合接觸可靠，保持穩(wěn)定的正壓力是關(guān)鍵。正壓力是接觸壓力的一種直接指標，明顯影響接觸電阻，但鑒于接觸件插合狀態(tài)的正壓力很難測量。故一般用測量插合狀態(tài)的接觸件由靜止變?yōu)檫\動的 單孔分離力來間接測算正壓力。通常電連接器技術(shù)條件規(guī)定的分離力要求是用實驗方法確定的。其理論值 可用下式表達：N式中，F(xiàn)n為正壓力，叢為摩擦系數(shù)。由于分離力受正壓力和摩擦系數(shù)兩者制約，故決不能認為分離力大，正壓力就大，接觸就可靠?，F(xiàn)在隨 著接觸件制作精度和表面鍍層質(zhì)量的提高，將分

24、離力控制在一個恰當?shù)乃缴霞纯杀ＷC接觸可靠。筆者在 實踐中發(fā)現(xiàn)：單孔分離力過小，在受振動沖擊載荷時有可能造成信號瞬斷。用測單孔分離力評定接觸可靠 性比測接觸電阻有效。因為在實際檢驗中接觸電阻很少出現(xiàn)不合格，單孔分離力偏低超差的插孔，測量接 觸電阻往往仍合格。433 接觸電阻檢驗合格不等于接觸可靠 在許多實際應用場合，如汽車、摩托車、火車、動力機械、自動化儀器以及航空、航天、船舶等，連接 器往往都在動態(tài)振動環(huán)境下使用的。實驗證明僅僅檢驗靜態(tài)接觸電阻，并不能保證動態(tài)環(huán)境下使用接觸可 靠。接觸電阻檢驗合格的連接器往往是在進行振動、沖擊、離心等模擬環(huán)境試驗時仍出現(xiàn)瞬間斷電現(xiàn)象。 故對一些高可靠性要求的

25、連接器， 許多設(shè)計人員都提出最好能 100%對其進行動態(tài)振動試驗來考核接觸可靠 性。最近，日本耐可公司推出了一種與導通儀配套使用的小型臺式電動振動臺，已成功地應用于許多民用 線束的接觸可靠性檢驗。 5 電性能檢驗儀器的應用與發(fā)展電連接器產(chǎn)業(yè)在當今電子化、 信息化時代是充滿生機、 市場需求逐年遞增的產(chǎn)業(yè)。 特別是近年來電連接 器線束組件的發(fā)展和使用相當廣泛，從普及的家用電器到通信設(shè)備、計算機及外部設(shè)備，以及飛機、汽車 和軍用儀器設(shè)備等均大量采用線束組件。為檢查線束組件有否存在斷路（接觸不良） 、短路（絕緣不良） 、誤配線（接線錯誤）等常見故障，過去 往往采用帶指示燈的電源與被檢線束連成回路觀察指示燈明暗， 或用萬用表檢查回路電阻是趨向 “0”，還是 趨向