连接器失效工程案例分析

林金炳，韦祥杨，黎 明

(中兴通讯股份有限公司，广东深圳，518055)

1 引言

近年来由于环境的影响，产品在使用过程中问题越发明显。连接器很多失效都是在特定的应用场景中发生，其可靠性不仅与产品本身的结构、工艺有关，也与应用环境息息相关。本文结合产品实际工程故障分析，浅谈连接器应用的重要性。

2 失效案例1

故障背景：某司X产品在使用过程中出现重启故障，故障主要集中在局方某地，故障单板自动重启。

图1 故障连接器

故障发生在单板与背板连接上，而单板与背板连接是通过连接器进行电连接，通过对单板结构、压接、接触及插座进行验证分析，给合现场分析，故障原因确定为单板上连接器插座接触不良导致，以下对接触不良原因进一步分析。

失效连接器为2mm插座，故障品牌为A， 基本结构包括塑胶、端子模组，拆开故障插座，观察端子接触区，在接触区有明显的黑色异物。

图2 故障插座

同时单板上也可见污染物，通过SEM/EDS对插座及单板的污染物进行分析，结果显示污染物均含有C、O、Na、Al、Si、Ca,进一步分析比对该污染物成分，确认其与周围灰尘成分一致，图3。

图3 污染物分析

通过FIB、SEM方法对插座镀层进一步分析，发现镀层表面有一层30nm左右厚度的封孔剂，图4，怀疑失效故障与封孔剂有一定的关联。为了进一步验证此故障与封孔剂的关联程度，特设计四组对比实验：1组样品为镀层未使用封孔剂无尘环境，2组样品为镀层未使用封孔剂有粉尘环境，3组为镀层使用封孔剂无尘环境，4组为镀层使用封孔剂有粉尘环境，实验样品为同类样品，相同的粉尘环境条件。通过实验验证得出：镀层使用封孔剂在有粉尘应用环境下接触电阻明显增大，不适合用于有粉尘的应用环境；无粉尘的应用环境中，镀层有无使用封孔剂均可满足接触使用要求，图5。

图4 镀层表面封孔剂

图5 镀层有无封孔剂在粉尘环境

从故障插座结构来看，此插座不具备防尘功能，如果在应用上没有设计防尘保护，则在有粉尘的环境中粉尘可以进入到插座内部，故该插座不适合应用在有粉尘的环境中。

进一步对机框的结构进行分析，故障插座正好安装在风道口上，而此位置最为容易堆积污染物。

失效机理：故障产品使用吊装方式，在风扇的流道作用下，空气中粉尘颗粒随着气流进入到机框内部，在粉尘颗粒的自身重力作用和扩散运动作用下使其到接触区镀层表面，镀层表面附有封孔剂更容易吸附空气中的粉尘，聚积在接触区的粉尘为非导电物，导致接触不良。

连接器在镀层上为了达到更好的防腐蚀效果，减小镀层孔隙，通常在电镀的后工艺进行封孔，该工艺在一般的无粉尘应用环境下不会出现接触故障。本例连接器失效是由于该连接器在室外灰尘环境使用，而在产品设计时并未考虑环境的影响，也未进行防尘设计，同时在机框内位置不当，当插座上污染物沉积到一定量时即触发了故障。要解决连接器此类故障，只有通过设计改进，从设备机框上做防护，或者通过插座进行防护，都可以有效的解决失效。

3 失效案例2

故障背景：某司某产品上连接器品牌B在使用一年到两年后出现连接器与相邻电路微短路，导致单板不断重启故障，经过电路分析确定为连接器与背板上的地线出现短路。

经进一步分析发现，发现连接器引脚上疑似有锡须生长，图6，通过SEM/EDS进一步分析确认，生长物为锡须，长度达256微米，图7。

图6 锡须

图7 锡须SEM/EDS

本失效案例中连接器引脚工艺为铁基镀铜镀锡，镀层使用纯锡，而纯锡目前无法做到不长锡须。锡须的形成很大程度上是基于内部压应力引起，内应力存在于锡铜间、工艺冲压、电镀过程等。同时锡须生长与使用环境有很大关联，通过数据排查，此例故障的相同产品发往多个区域，而目前仅某区域出现连接器生长锡须故障，进一步调查发现此区域常年湿度相对较大，其余环境无明显差异，锡须生长速率与湿度相关。

锡须引起电路短路失效，带来严重的故障，要杜绝锡须的生长，只有在设计上解决，如使用雾锡工艺、合金锡，或者使用其它镀层材料替代。

4 失效案例3

故障背景：某产品现场反馈配发的水晶头压接后网线出现一定比例的故障，现场寄回故障品分析为金片压接不到位，表现为图8中H高度不符合要求。

图8 失效水晶头

此水晶头基本结构由8个金片与塑胶组成，金片与双绞线是通过压线钳进行压接后组装成网线，此案例中的失效网线，经分析水晶头符合标准要求，也排除了压接操作不规范，怀疑工程现场使用的压线钳与水晶头不匹配。

图9 不同压线钳

为了验证不同压线钳对水晶头压接结果的影响，设计三个不同品牌不同结构的压线钳A、B、C分别压接水晶头，其中A为工程现场用压线钳，使用相同的水晶头与双绞线及使用相同的操作方法来进行压线，从三组的实验结果显示，图9，压线钳B压接出来的网线全部合格，压线钳C压接出来的网线部分不合格，压线钳A压接出来的网线部分合格部分不合格，在水晶头符合标准要求的条件下，不同的压线钳压接效果不一致。

图10 不同压线钳数据

图11 不同压线钳压接面

图12 使用压线钳A的金片

对比不同压线钳压接效果，此次网线失效原因为水晶头与所使用的压接工具压线钳不匹配引起，其中压线钳A与压线钳C均不能与此水晶头相匹配，压接出来的网线是不符合标准的；通过实验验证推荐使用稳定的压线钳，在使用标准的水晶头时，使用与之相匹配的压线钳，才能压接出符合要求的网线。

本失效案例中的连接器水晶头是标准件，工程现场水晶头的使用需要配合压线钳压接使用，但是压线钳各品牌存有差异，在连接器的可靠性设计中若是没有考虑水晶头与压线钳匹配问题，则在工程现场应用时，就会压接出良莠不齐的网线。为了避免故障的发生，需从设计开始预防，如设计相匹配的压线钳配套使用。

5 结语

连接器是通信设备系统中的重要元件，通过连接器进行其电和信号传输，其可靠性直接影响通信系统稳定性。连接器应用可靠性需要从设计开始，在设计阶段就开始分析连接器可能出现的各种故障，提出解决方案，并通过实验验证改进，持续提高产品可靠性。随着工业发展，环境越来越复杂，产品应用受到更加严峻的考验，各类元件在产品上出现一些新的失效模式和失效机理，通过分析，在后续的产品可靠性设计中进行改进，固化可靠性设计要求,提升产品可靠性。