汽车连接器耐久性之三种故障模式解析

汽车连接器耐久性之三种故障模式解析汽车制造商对其供应基地的要求越来越高，这对于汽车零配件供应商来说已经是一件众所周知的事情。就连接器供应商而言，这意味着对产品的性能、稳定性和成本的要求更加严格。供应商只有不断革新产品及工艺，满足客户的这些需求，才能处于优势地位。一辆典型轻型汽车大约有1500个连接点，其中50%到60%用于关键的配电功能。汽车连接器被用于日益恶劣的环境，包括温度(低至零下40C，高达零上155C)、振动、氧化作用以及摩擦腐蚀，我们开始认识到设计攻关的重要性。实际上这件事情做起来并不简单，大多数商业电子元器件出现故障时最多让人感到烦恼失意，可是如果关键汽车零配件连接出现问题，则会引起火灾报警器、制动器或安全气囊失灵，导致严重后果。连接器制造商必须识别并分析环境中那些可能对连接器性能造成影响的物理和机械现象。按照汽车制造商规定的应用条件，为了评估连接器的稳定性，连接器制造商实施了精细的测试程序。如果出现连接器故障，大多可确定为下述三种故障模式 之一：摩擦腐蚀、电气故障以及连接器接插问题。摩擦腐蚀与电镀问题 腐蚀性气体、高湿度和强烈振荡是引起氧化作用和摩擦腐蚀，并导致连接器故障 的三大条件。这些环境因素会对锡和铅锡接触表面造成极大的影响，有90%的连接器表面属于这种情况。通常，人们采用电镀贵重金属的方式，如镀金或镀银，因为这些金属不会发生氧 化作用。这些镀层的厚度从0.5m至1.27m不等。然而，令人遗憾的是，由于含有这些贵重金属以及对其加工使得这类电镀工艺价格不菲，所以人们尽 可能少用这类电镀材料。在汽车电气线束应用中，大约只有10%的连接点使用了这类金属。其结果是，一些主要的连接器供应商，例如FCI给出了其他可供选 择的电镀解决方案(例如纯锡电镀、锡-特氟隆TinTeflon、NXT和压合技术)，不仅满足了OEM的成本要求，而且产品具有同样的性能。因为必须符合高标准的汽车规格要求，源于电信市场的压合端子技术(连接器到电路板)备受瞩目。由于汽车PCB比应用于电信行 业PCB要薄，操作温度(125oC)也要高很多而且使用环境有振动，想要将这种技术引入到汽车系统不是一件容易的事情。这种技术带来了显著的工艺成本效益，它将一个无焊锡引脚压入到金属PCB板孔中。为适用 于严格的汽车应用条件，FCI压合端子经过专门的设计，在插入PCB时提供完全可控的力度，将阻力和变形降到最低，确保与PCB的接口稳固。由于比波峰焊更具成本效益，加之工艺完全自动化，降低了PCB成本，FCI蝶形解决方案(和相关的应用工具)越来越受到汽车制造 商的青睐。除性能优越(兼容SMT工艺以及卓越地保持元件的完整性)以外，由于不存在对PCB的热冲击和锡桥的 风险，它还提高了附加工艺质量。此外，FCI发现：在压合应用中使用正确的电镀工艺和引脚的条件下， 当触点受各种外部条件制约(例如：急剧的温度变化、相对湿度变化、长期处于干燥环境和气体腐蚀)的时候，触点抗阻性一 直保持较小变化。然而，随着引脚数量的增加，压力会变得很大，所以在将连接器插入到基座时应非常小心。FCI研制了一种名为“NXT”的新型电镀工 艺。基于一种非晶态镍的化学性质，它可以提供非常平滑均匀的电镀表面，能够大幅度减少金镀层的厚度(大约减少80%)。在安全关键 应用中，这种技术能支持极低的信号电流。多引脚连接器向连接电镀系统提出了另一个考验。出于人体工程学的考虑，连接 器插入力应尽可能小，但随着电路计数的增加，插入连接器所需的力将会成比例增加。然而，电性能通常表明每个触点都获得高触点压力(通常引起高插入力)，这与获取低连接器 插入力的目标是相抵触的。为解决这个问题，人们研制了一种新型接触表面。特氟隆(Teflon)微颗 粒在普通锡槽内经过相同处理并有选择性地电镀到接触表面。微颗粒可将一个典型的镀锡的端子插入力降低40%以上。这种解决方 案可使连接器拥有更多的引脚，且无