环境温湿度对航天电连接器可靠性的影响

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第1期2014年2月

机电元件

ELECTROMECHANICAL COMPONENTS

Vol．34No．1

Feb．2014

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收稿日期:2014-01-02

试验与检测

环境温湿度对航天电连接器可靠性的影响

马㊀杰,姚静波,辛朝军(装备学院航天装备系,北京101416)

㊀㊀摘要:文章介绍了环境因素对电子产品可靠性的影响和电连接器的失效模式,并对环境温湿度引起电连接器失效的原因进行了分析㊂在环境温湿度应力作用下,电连接器主要会发生接触失效和绝缘失效㊂

关键词:航天电连接器;温湿度;可靠性

Doi :10.3969/j.issn.1000-6133.2014.01.007

中图分类号:TG 172㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1000-6133(2014)01-0028-03

The Effect of Temperature and Humidity on Reliability of

Electrical Aerospace Connector

MA Jie ,YAO Jing -bo ,XIN Chao -jun

(Department of Space Equipment,The Academy of Equipment,Beijing 101416China)

Abstract :The paper introduces the affect of electronic products which caused by the environmental factor,and the failure mode of aerospace electrical connector,and analyzed the failure which caused by temperature and hu-midity.Under the temperature and humidity stresses,the aerospace electrical connector mainly occur contact fail-ure and insulation failure.

Keywords :aerospace electrical connector,temperature and humidity,reliability

1㊀引言

航天电连接器作为一种机电元件,用于实现电子与电气设备的电连接,具有高可靠㊁长寿命的特点,在航天领域被大量使用,主要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,而环境因素会对电连接器的可靠性造成影响㊂美国Hughes 航空公司的研究资料非常明确地表示了电子产品失效与各种环境应力的关系,如下图1所示

㊂

图1㊀产品失效与环境应力关系图

㊀㊀从图1可以看出,环境温湿度对电气产品的可靠性有重要影响,温湿度造成电子产品的失效占到了电子产品失效总数的58%㊂因此,环境温湿度对电连接器可靠性的影响也不能忽视,航天电连接器的可靠性关系到航天任务的成败,在航天系统中起着非常重要的作用㊂

2㊀电连接器的失效模式分析

航天电连接器在航天任务中起着非常重要的作用,经过实践总结,引起航天电连接器失效的常见现象有:多余物㊁接触不良㊁绝缘不良㊁弹性零件断裂㊁漏气㊁误插拔㊁装配失误等,造成这些现象产生的原因如表1所示[1]㊂

表1㊀电连接器失效现象及原因

序号失效

现象

原㊀㊀㊀㊀因

1多余物电连接器选材不当,结构设计不合理接触件表面镀层起泡㊁掉皮

加工精度低㊁尺寸一致性差,造成外壳有加工毛刺或多余的金属切削残留物

2接触不良收缩电阻增大

膜层电阻增大

3绝缘不良绝缘电阻低绝缘体漏电绝缘体电击穿

4弹性零

件断裂材料性能差热处理不当

5漏气气密性差,封线体和界面封严体做工

不精

6误插拔产品设计不合理,没有设计相应的对

正标识和防误插构件

7装配失误固定电连接器的插针和插孔的绝缘体

错位或装反

㊀㊀上世纪九十年代,七九六厂则通过对用户反馈信息的收集和可靠性摸底试验结果的分析,把电连接器的失效模式分为接触失效㊁绝缘失效㊁机械连接失效和其他失效四种㊂经过统计试验和现场两种情况下的失效,得到了各种模式占总的失效的百分比如表2所示[2]:

表2㊀电连接器失效模式百分比

序号失效模式百分比

1接触失效45.1%

2绝缘失效22.3%

3机械连接失效19.8%

4其它失效12.8%㊀㊀从表中可以看出接触失效和绝缘失效占比最大,总共占到了电连接器失效的67.4%㊂而环境温湿度是造成电连接器接触失效和绝缘失效的主要环境因素㊂

3㊀环境温度对电连接器可靠性的影响由于电连接器的接触件的材料一般为金属铜,而铜的物理化学性质比较活泼,在环境温度应力的作用下,铜会发生氧化反应,在接触件表面生成氧化膜层㊂经过对电连接器接触件表面氧化膜层的测试,其成分主要是氧化亚铜,其反应方程式为[3]: 4Cu+O2➝2Cu2O

其主要过程是:由于空气中的氧气被吸附在电连接器接触件表面,并被分解为氧原子,而氧原子与接触件的金属铜原子发生化学反应,生成一层氧化膜层㊂随着氧化膜层的生长,氧化膜层不断加厚,由于生成的氧化膜层导电性能差,使电连接器的接触电阻增大,最终导致电连接器的接触失效㊂电连接器的绝缘体是由高分子聚合物等材料制成,在温度应力的作用下,高分子材料内部分子的运动会加快,其分子链上会产生空位,空气中的有害气体等介质就会渗透到㊁扩散到材料内部,并且在环境温度的影响下,材料会发生热降解和交联反应,材料发生劣化,材料的物理性能和电气性能降低,导致绝缘体的绝缘性能降低,引起电连接器的绝缘失效㊂

4㊀环境湿度对电连接器可靠性的影响电连接器在潮湿环境中使用时,由于空气中的水分会由于接触件镀层微孔的毛细管作用,进入到电连接器基体金属表面,形成一层液膜㊂又因为电连接器镀层和基体金属铜之间存在电位差,而形成腐蚀电池㊂由于接触件表面镀层金的电位高成阴

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㊀第1期马㊀杰等:环境温湿度对航天电连接器可靠性的影响