关于麻花针微型矩形电连接器可靠性提升研究

关于麻花针微型矩形电连接器可靠性提升研究

王静 刘磊

贵州航天电器股份有限公司 贵州 贵阳 550001

摘要：随着国内行业各领域对装备系统小型化、轻小化和高可靠型的要求不断增加，麻花针微型矩形连接器产品应用极其广泛，为提高产品质量可靠性和功能可靠性，对产品功能及工艺过程进行分析，确定产品关键控制参数，针对关键参数过程一致性进行研究，以达到产品功能可靠性要求。

关键词：麻花针 连接器 关键参数

1. 引言

目前随着国内航天、航空、电子、船舶以及各类型武器装备系统对高密度、结构轻小化和性能高可靠的要求日益增多，对所需配套的连接器产品具备高密度、轻小化和高可靠的特点，能够极大节省装备的空间，同时减轻装备的重量，而在麻花针微型矩形电连接器中J63A系列产品得到了成功应用，为了提高产品的电信号传输可靠性、焊接安装可靠性，需要研究确定哪些产品的关键参数直接影响产品可靠性,并对其进行控制，以提高连接器可靠性。

2. 可靠性分析

麻花针系列微型矩形电连接器主要机构是由外壳、绝缘基座、接触件、引脚和附件组成，其中接触件、引脚对电信号传输、焊接安装性能起到直接影响，下面针对接触件、引脚零件对产品可靠性影响进行分析。

a）接触件零件

麻花针系列矩形电连接器采用的接触件为绞线式弹性针（麻花针），产品的电信号导通是通过麻花针的胖点部位与刚性插孔内孔过盈配合接触来实现，其中麻花针胖点部位尺寸的大小会直接影响产品导通电性能的关键因素，通过对麻花针接触件加工工艺过程进行分析，控制麻花针胖度尺寸的工序为胖度调整工序，因此将麻花针接触件的胖度设定为关键参数,对麻花针胖度尺寸进行一致性控制。

图1 接触件插合示意图

b）引脚零件

引脚零件是产品与印制板焊接安装的零件，通过焊接实现了连接器与印制板之间的导通，其中表贴印制板类型产品的引脚与印制板为贴装焊接，焊接后的焊接质量会直接影响产品与印制板之间的导通性能，而在对表贴类型产品的引脚进行焊接时，引脚的共面度会直接影响产品焊接质量，若引脚焊接面距离印制板焊盘距离过大，会造成焊锡无法连接产品与印制板，若引脚焊接面与印制板焊盘形成过接触，会造成引脚受力变形，焊接后变形的引脚存在应力释放，焊点受到应力影响极易出现焊点开裂，从而出现虚焊等影响焊接导通性能的严重问题。通过对引脚加工工艺过程进行分析，控制引脚共面度的工序为引脚成型工序，因此在引脚成型工序中，对引脚共面度参数进行一致性控制。

3. 一致性保证研究

   1. 麻花针胖度尺寸一致性研究

调研国外同类Airborn公司的N系列电路连接器采用的柔性接触件是冲制簧片式插针，具有3瓣接触簧片，刚性接触件采用的是普通刚性插孔，由于接触形式不一样，无法进行类比。现国内能提供J63A系列产品厂商中，我公司J63A系列的麻花针头制造工艺一直处于领先地位，性能指标均优于其他厂家。所以选择分析我公司J63A系列产品插针合件麻花针胖度尺寸对产品电性能的影响。

对J63A系列产品的麻花针胖度尺寸和检测方法进行控制和加严，在插针合件生产中的“胖度调整”、“校正”和“测胖点”工序中增加自动化工装设备。通过自动化设备精确定位麻花针胖度尺寸和保压试验，保证麻花针胖度尺寸的一次型合格率，同时在麻花针的“测胖点”工序中增加自动化检测，实现麻花针胖度尺寸在线检测与数据收集，能够保证麻花针胖度尺寸一致性，从而提高产品性能稳定性。

1. 2. 控制胖度尺寸一致性方法

对J63A系列产品插针合件中麻花针胖度调整工序采用了自动化设备，增加了自动化检测工装，实现了麻花针胖度尺寸在线检测与数据收集。J63A系列产品的麻花针胖度调整自动化设备从功能上分为：上料、调校、收胖、检测和卸料。其中上料机构主要有气缸和振动盘组成。各气缸位置由电磁传感器来确认运动到位而限位调整。上料机构:实现J63A系列产品的插针合件自动上料；调校机构：插针合件首先经过麻花针调校，将麻花针头校直；收胖机构：收胖机构采用夹块在麻花针头胖度圆周方向多次将胖点收缩；检测机构：对麻花针胖度直径采用CCD成像技术进行检测；卸料机构：采用真空吸方式对插针合件进行抓取。

1. 3. 引脚共面度一致性研究

a）重新以外壳端面为定位基准设计弯曲夹具；

b）采用弯曲后整体打扁的方式改善引脚共面度；

c）制造一台冲压设备代替脚踏冲床打扁，提高成型一致性，降低劳动强度；

d）改造平面度检测设备，提高检测效率。

1. 4. 控制引脚共面度一致性方法

a）垂直表贴产品打扁夹具改进

打扁夹具分为左右夹持块和上压块，左右夹持块主要用于装夹定位产品，压块用于打扁。第一次设计的打扁夹具如图2所示，打扁效果如图3所示。

图2 打扁夹具结构 图3

引脚打扁效果

该工装主要存在下列问题：

1）夹具几瓣间为面配合关系，装夹产品时比较卡涉。

2）打扁后两排引脚打扁厚度不一致。

3）引脚共面度达不到要求。

经改进后的打扁夹具如图4所示，打扁效果如图5所示。

图4 改进后的打扁夹具 图5引脚打扁后效果

改进后的打扁夹具使用导柱导向，定位尺寸也做了修正，解决了下列问题：

1）解决了产品装夹卡涉的问题，提高了打扁效率；

2）两排引脚打扁一致性较好；

3）引脚共面度达到合格要求。

b）水平表贴产品打扁夹具设计及制造

打扁夹具分为左右夹持块和上压块，左右夹持块主要用于装夹定位产品，压块用于打扁。设计的打扁夹具如图6所示，打扁效果如图7所示。

图6水平表贴打扁夹具 图7 水平表贴引脚打扁效果图

c）打扁成型冲压设备及平面度检测设备制造

由于打扁力较大，人工用脚踏冲床冲压劳动强度大，施力不稳定，打扁一致性较差，且存在安全隐患，因此特别研制了一台气动冲压设备代替脚踏冲床。该设备冲压力可通过调节气压实现，并可设定连续冲压次数，抽屉式上料安全可靠，如图8所示。

为了解决平面度检测效率低的问题，对原有的设备进行了改造，一是改进了装夹定位工装，二是提高了扫描速度，以前检测一个产品差不多要1分钟，现在30秒可以检测完，平面度检测设备如图9所示。

图8气动冲压设备 图9 平面度检测设备

4. 效果验证

   1. 麻花针胖度尺寸效果验证

产品插针合件通过自动化检测设备对麻花针胖度尺寸进行调整后，自动化设备会直接进行胖度尺寸自动检测，并对检测结果进行记录统计，对统计的数据进行分析，发现麻花针胖度尺寸均满足产品设计要求，且尺寸一致性较好。通过对5个不同批次插针合件麻花针胖度尺寸进行统计，得出胖度尺寸Cpk为1.13，具体如图10所示。

图10 插针合件麻花针胖度调整尺寸能力统计

1. 2. 引脚共面度效果验证

通过对两批共计120只J63试验样件（分别为水平表贴产品和垂直表贴产品）进行打扁，然后对平面度进行测量，满足共面度0.1以内的要求。通过统计试验批次产品共面度，得出弯曲过程共面度Cpk值为1.13和1.18，具体如图11、12所示。

图11垂直表贴产品弯曲过程能力统计

图12水平表贴产品弯曲过程能力统计

5. 总结

通过本项目的研究和验证，明确了影响麻花针传输电信号可靠性的两个主要方面,一个是接触件的插合配合,一个是接触件尾端引脚与印制板的封装可靠。为保证这两点可靠性，研究得出控制麻花针胖度尺寸和表贴类产品引脚共面度的一致性，能够提高产品可靠性。并且研究保证措施，一致性参数可以达到：

a）麻花针胖度尺寸参数的Cpk值达到1.1以上；

b）引脚共面度参数的Cpk值达到1.1以上。

通过对J63A系列产品的麻花针胖度尺寸和表贴类产品引脚共面度关键参数一致性分析和保证措施研究，并引进了自动各类自动化生产线和生产设备，分别让各关键参数Cpk只达到了1.1以上，胖度尺寸一致性和引脚共面度一致性得以控制，产品性能稳定性、可靠性得以提升。

参考文献

[1] 分离脱落电连接器钢珠锁紧机构解锁可靠性分析[J]，陈文华、杜勝利，2017.24，工程设计学报

[2] 航天产品电子元器件可靠性控制 [J]，朱文冰，2006.03，电子工程师

[3] 浅析航天电子元器件质量控制与可靠性保障 [J]，刘靓燕，2017.01，科技与创新