中心議題：
- 射頻同軸連接器的主要失效模式及機(jī)理
- 努力提高射頻同軸連接器的可靠性
隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子設(shè)備的應(yīng)用范圍也日益廣泛，幾乎滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個部門，其中包括軍事、公安、通訊、醫(yī)療等各個領(lǐng)域，所以電子設(shè)備的可靠性越來越引起人們的關(guān)心和重視。而接插件、繼電器等電接觸元件是電子設(shè)備中使用最多的元件之一。
據(jù)不完全統(tǒng)計，一臺電子計算機(jī)、雷達(dá)或一架飛機(jī)，其接點(diǎn)數(shù)都數(shù)以萬計，而電子設(shè)備的可靠性與所用元件的數(shù)量、質(zhì)量有著極為密切的關(guān)系。特別是在串聯(lián)結(jié)構(gòu)的電子設(shè)備中，任何一個元件、器件或節(jié)點(diǎn)的失效都有可能導(dǎo)致局部或各個系統(tǒng)的失效。本文側(cè)重對射頻同軸連接器、電纜組件的失效模式和機(jī)理進(jìn)行了分析，并對如何提高其可靠性進(jìn)行了較詳細(xì)的討論。
1.射頻同軸連接器、電纜組件的失效模式及機(jī)理
目前國內(nèi)、外使用的射頻同軸連接器的品種雖很多，但從連接類型來分主要有以下三種：
(1)螺紋連接型：如：APC-7、N、TNC、SMA、SMC、L27、L16、L12、L8、L6等射頻同軸連接器。這種連接形式的連接器具有可靠性高、屏蔽效果好等特點(diǎn)，所以應(yīng)用也最為廣泛。
(2)卡口連接型：如：BNC、C、Q9、Q6等射頻同軸連接器。這種連接器具有連接方便、快捷等特點(diǎn)，也是國際上應(yīng)用最早的射頻連接器連接形式。
(3)推入連接型：如：SMB、SSMB、MCX等，這種連接形式的連接器具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、體積小、易于小型化等特點(diǎn)。
雖然連接器品種很多，但是從可靠性的角度來分析，許多問題是相同的。本文側(cè)重對目前應(yīng)用最廣泛、品種最多螺紋連接型的射頻同軸連接器的失效模式和機(jī)理進(jìn)行分析。根據(jù)我們十余年的實(shí)踐，常見的主要失效模式有以下幾種。
1.1連接失效
(1)連接螺母脫落
在日常生活中，部分用戶反映有時出現(xiàn)連接螺母脫落現(xiàn)象，致使影響正常工作，特別是小型連接器，如SMA、SMC、L6出現(xiàn)會更多些，經(jīng)我們分析大致有下列原因造成：
a.設(shè)計人員選材不當(dāng)，為降低成本，誤用非彈性的黃銅座卡環(huán)材料，使螺母易脫落。
b.加工時，螺母安裝卡環(huán)的溝槽槽深不夠，所以連接時稍加力矩螺母即脫落。
c.雖然材料選擇正確，但工藝不穩(wěn)定，鈹青銅彈性處理未達(dá)到圖紙規(guī)定硬度值，卡環(huán)無彈性，導(dǎo)致螺母脫落。
d.使用人員在測試時，沒有力矩扳手，而使用普通扳手來擰緊螺母，使擰緊力矩大大超過軍標(biāo)規(guī)定值，所以螺母（卡環(huán)）遭到損壞而脫落。
(2)配對失誤
自改革開放以來，我國進(jìn)口儀器不斷增多，經(jīng)常碰到用戶反映，他們把市場上買到的Q9的電纜頭誤認(rèn)為是國際上通用的BNC電纜頭。因其形狀和BNC電纜頭完全一樣，只是尺寸稍有差別，所以與進(jìn)口儀器BNC不能兼容，這些現(xiàn)象也屢見不鮮。
(3)內(nèi)導(dǎo)體松動或脫落
有些設(shè)計人員在內(nèi)導(dǎo)體介質(zhì)支撐處把內(nèi)導(dǎo)體分為兩體，然后用螺紋連接起來。但是對小型射頻同軸連接器而言，內(nèi)導(dǎo)體本身尺寸是Φ1～2mm，在內(nèi)導(dǎo)體上加工螺紋，若不在螺紋連接處涂以導(dǎo)電膠，那么內(nèi)導(dǎo)體連接強(qiáng)度是很差的。因此，當(dāng)連接器在多次連接，在扭力和拉力長期作用下，內(nèi)導(dǎo)體螺紋松動、脫落，致使連接失效。
1.2反射失效
(1)反射增大
任何一種連接器都有一定的使用壽命。以SMA連接器為例，美軍標(biāo)和我國軍標(biāo)規(guī)定其壽命為500次。這是因?yàn)楫?dāng)連接器經(jīng)長期使用，反復(fù)插拔超過 500次后，插針、插孔已造成不同程度的磨損，接觸已不是最佳狀態(tài)，所以在使用時，反射可能急劇增加。許多用戶較多的從經(jīng)濟(jì)角度考慮，把應(yīng)報廢的連接器仍然使用。這種做法是不可取的。因?yàn)槌^使用壽命的連接器性能已明顯下降，苦不及時更換新的連接器是難以保證測試精度和數(shù)據(jù)的可信度。
(2)開路
在以往的工作中發(fā)現(xiàn)個別用戶把N型50Ω插頭誤連到N型75Ω插座上。由于50Ω的插針直徑遠(yuǎn)大于75Ω的插孔尺寸，致使插孔尺寸超過彈性極限，不能恢復(fù)到原來尺寸。別人再次使用發(fā)現(xiàn)開路，原來75Ω插座的插孔已損壞。
(3)短路
在過去我們測試密封連接器時，發(fā)現(xiàn)少數(shù)連接器電壓駐波比很大，個別的全反射。經(jīng)反復(fù)仔細(xì)檢查，此密封連接在焊接內(nèi)導(dǎo)體時，焊錫流到玻璃絕緣子表面，造成全部或局部短路，使性能不合格。
1.3電接觸失效
(1)插針、插孔不接觸
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通常插孔零件材料應(yīng)選用鈹青銅或錫磷青銅做成，但有極少數(shù)生產(chǎn)廠為降低成本用59-1黃銅作插孔，因而插拔一、兩次后插孔處于漲口狀態(tài)，當(dāng)再次連接插針、插孔時根本不接觸。當(dāng)然在我們工作中，即使都選用鈹青銅作彈性件，但是由于在工作中檢驗(yàn)不嚴(yán)，將銑槽后未收口的個別零件混入收口合格零件中，進(jìn)行彈性處理并鍍金，裝配時又未發(fā)現(xiàn)，所以導(dǎo)致連接時不接觸。直到測試時，才發(fā)現(xiàn)駐波很大，甚至全反射。經(jīng)仔細(xì)檢查，才發(fā)現(xiàn)將不合格插孔裝在產(chǎn)品中。
(2)接觸不良
接觸不良常常導(dǎo)致信號時有時無，電性能時好時壞，這種現(xiàn)象在連接器使用中時有發(fā)生。原因有三：
a.由于彈性處理時欠時效，零件硬度未達(dá)到圖紙要求，所以在多次插拔后彈性逐漸松弛，接觸壓力明顯下降，從而導(dǎo)致接觸不良。
b.發(fā)現(xiàn)少數(shù)批次有部分產(chǎn)品中插孔、插針超差，未達(dá)到圖紙規(guī)定。例如，插針直徑比圖紙規(guī)定小了一點(diǎn)或插孔雖然已收口，但未達(dá)到圖紙規(guī)定，尺寸略大了一些。當(dāng)這種插針或插孔插合后，最容易產(chǎn)生接觸不良（雖有接觸力，但小于軍標(biāo)規(guī)定值）。
c.插針、插孔使用時間過長，已嚴(yán)重磨損，這也是常見的現(xiàn)象。
(3)銹蝕
目前我國加工射頻同軸連接器的材料，內(nèi)導(dǎo)體大都采用銅合金加工后鍍金或鍍銀，極少數(shù)也有鍍鎳，外導(dǎo)體大都是采用銅合金加工后鍍鎳或鉻。與國外產(chǎn)品相比，我國產(chǎn)品大多數(shù)鍍純金，而國外鍍金合金，所以國內(nèi)產(chǎn)品耐磨性差，鎳層有時發(fā)現(xiàn)起皮、剝落等，也容易引起氧化，特別是國內(nèi)部分工廠為降低成本而采用導(dǎo)體鍍銀，又沒有涂有效的防護(hù)氧化層，所以鍍銀表面極易氧化發(fā)黑，尤其在惡劣環(huán)境下使用，更加速了內(nèi)、外導(dǎo)體表面嚴(yán)重氧化，導(dǎo)致接觸電阻、插損激增，電接觸失效。
1.4電纜組件的失效
電纜組件通常是由電纜連接器與高頻電纜兩部分組成，因此前面所討論的射頻同軸連接器的失效模式與機(jī)理同樣完全適合于電纜組件。但電纜組件失效模式和機(jī)理又有別于一般的連接器，即電纜與電纜連接器尾端連接部產(chǎn)生失效也將導(dǎo)致整個電纜組件的失效。由于電纜連接尾部結(jié)構(gòu)不同，其失效模式與機(jī)理也不同。目前國內(nèi)、外常見的電纜組件有下面三種結(jié)構(gòu)，即：
(1)螺母壓緊型:電纜連接器尾部與電纜屏蔽層采用螺母壓緊方式進(jìn)行連接
(2)焊接型：電纜連接器尾端與電纜屏蔽層采用焊接方式進(jìn)行連接
(3)壓接型：電纜連接器尾端與電纜屏蔽層采用專用壓接工具在強(qiáng)大的壓力作用下使金屬套筒產(chǎn)生較大的塑性變形和塑性流動與連接器外導(dǎo)體進(jìn)行連接
綜上所述，我們根據(jù)十年來射頻同軸連接器及電纜組件研制、生產(chǎn)中常見的失效模式和機(jī)理進(jìn)行了較詳細(xì)的分析討論。必須強(qiáng)調(diào)指出的是這些失效模式往往不是孤立的，而是相互間有密切聯(lián)系的。
若插針與插孔不接觸或接觸不良，不僅導(dǎo)致開路或接觸電阻激增，同時也會導(dǎo)致插入損耗激增和反射失效。所以實(shí)際上任何一種失效都有可能導(dǎo)致連接器和整個組件失效。
當(dāng)然，除了上述失效模式外，還出現(xiàn)零件漏工序或尺寸錯差及產(chǎn)生誤裝、漏裝等一些偶然失效因子。例：不同電纜連接器有時內(nèi)導(dǎo)體尺寸、形狀完全相同，唯與電纜相配的孔徑尺寸略有不同，加工時把圖紙誤配，檢驗(yàn)時疏忽漏檢，直到裝配電纜時發(fā)現(xiàn)內(nèi)導(dǎo)體孔徑與電纜內(nèi)導(dǎo)體尺寸不配而無法裝配。這些特殊的、非常見的失效因子，在此不再詳細(xì)討論。
2.狠抓設(shè)計、加工等環(huán)節(jié)，努力提高連接器的可靠性
眾所周知，高質(zhì)量、高可靠的電子產(chǎn)品，不僅是設(shè)計出來的，而且是制造出來的。正如MIL-STD-785B指出，可靠性工程任務(wù)的焦點(diǎn)應(yīng)當(dāng)集中在對可靠性設(shè)計的缺陷、薄弱環(huán)節(jié)及工藝缺陷的預(yù)防、檢測和糾正上。所以，只有狠抓設(shè)計、加工、使用等各個環(huán)節(jié)，才能不斷提高產(chǎn)品的可靠性。
2.1精心設(shè)計奠定了產(chǎn)品的可靠性
設(shè)計是可靠性的基礎(chǔ)。設(shè)計人員在設(shè)計時除保證連接器的電性能外，還應(yīng)該同時考慮產(chǎn)品的可靠性，因?yàn)樵O(shè)計的缺陷對連接器的可靠性常常是帶有批次性的，只有及時改進(jìn)設(shè)計缺陷，產(chǎn)品可靠性才能得到不斷提高。例：有一次在設(shè)計壓接電纜連接器時，由于缺乏經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計的壓接套筒與接頭尾部間隙偏大，因而產(chǎn)生壓接不足，抗拉力低，電纜組件使用了一段時間發(fā)現(xiàn)拉脫現(xiàn)象，這時立即分析原因，暫停裝配，及時調(diào)整間隙，重新設(shè)計、加工了新套筒。改進(jìn)后的套筒再未發(fā)生拉脫現(xiàn)象，從而提高電纜組件的可靠性。因此，一個好設(shè)計人員，應(yīng)善于及時研究和解決可靠性設(shè)計缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，把不可靠因素消滅在萌芽狀態(tài)。
2.2.精心加工保證了產(chǎn)品的可靠性
誠然，設(shè)計是可靠性的基礎(chǔ)，那么精心加工同樣是非常重要的環(huán)節(jié)，因?yàn)槿绻庸げ划?dāng)，即使有了一個好的設(shè)計圖，同樣得不到高性能、高可靠的產(chǎn)品。
例如：幾年前曾經(jīng)加工過一小批SMA電纜連接器的插針，圖紙規(guī)定的尺寸為φ0.930-0.02結(jié)果誤加工成φ0.9800.02,檢驗(yàn)時又漏檢，個別用戶裝成電纜組件后與被連的SMA插座聯(lián)接后把插針弄壞了找來，最后檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)插針尺寸加大了。這樣的差錯雖偶有出現(xiàn)，但說明加工中加強(qiáng)對工藝缺陷的預(yù)防、檢測是何等的重要。對防止失效、提高連接器可靠性有著重要的意義。
2.3正確使用才能保持產(chǎn)品的可靠性
任何一個產(chǎn)品都有一個規(guī)定的壽命或額定的承載能力，即使一個可靠性高的產(chǎn)品，由于沒有正確使用或超過其額定的承載能力，同樣可變成“不可靠”。例如，部分用戶在連接連接器時，沒有用力矩扳手，而采用通常的固定扳手聯(lián)接，稍不注意力矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了額定破壞力矩值，致使連接器損壞，有些雖然未完全破壞，但是參考面產(chǎn)生嚴(yán)重變形而導(dǎo)致電性能大大下降。還有個別用戶在超過電壓額定值條件下使用，導(dǎo)致連接器介質(zhì)擊穿而失效。類似這樣的例子還有許多，在此不一一例舉。由此可以看到，即使是一個好產(chǎn)品，只有正確使用，才能避免人為失誤，保持產(chǎn)品的高可靠性。
