電連接器耦合失效機(jī)理及可靠性研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，人類(lèi)社會(huì)正在進(jìn)入信息時(shí)代，各種機(jī)電設(shè)備及電子產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)及更新?lián)Q代，對(duì)人們的生活與工作產(chǎn)生了前所未有的深遠(yuǎn)影響。作為配套的基礎(chǔ)元件電連接器，在武器裝備、電子產(chǎn)品等軍民兩用方面都得到了極為廣泛的應(yīng)用。電連接器的連接作用，更是有利于設(shè)備及產(chǎn)品的模塊化生產(chǎn)。電連接器的質(zhì)量好壞、可靠與否，是各種設(shè)備及系統(tǒng)能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵所在，其質(zhì)量及可靠性問(wèn)題是我們必須面臨且重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。由于電連接器復(fù)雜的工作環(huán)境及苛刻的使用條件

2、，各種客觀因素的存在均對(duì)電連接器的制造工藝、機(jī)械結(jié)構(gòu)及電氣性能等提出了極高的要求。因此，開(kāi)展與電連接器相關(guān)的可靠性研究工作，對(duì)于改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝，保障機(jī)械電子設(shè)備及通信系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，提升我國(guó)在電子制造領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文針對(duì)電連接器的可靠性問(wèn)題，重點(diǎn)研究了幾種典型電連接器的制造工藝、疲勞失效、多物理場(chǎng)耦合及信號(hào)完整性等分析模型與技術(shù)方法。具體進(jìn)行的研究工作主要包括以下五個(gè)部分：
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3、1）提出了一種改進(jìn)Micro-USB電連接器連接制造的激光軟釬焊工藝焊接技術(shù)。鑒于傳統(tǒng)焊接工藝對(duì)電連接器微細(xì)間距線芯加工時(shí)所表現(xiàn)出的技術(shù)難度，故在分析激光軟釬焊作用機(jī)理的基礎(chǔ)上，對(duì) Micro-USB電連接器內(nèi)部激光軟釬焊焊點(diǎn)形狀采用有限元建模，再通過(guò)熱加速試驗(yàn)的溫度循環(huán)作用，模擬電連接器的實(shí)際工況后，得到了焊點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律。通過(guò)失效分析找出焊點(diǎn)裂紋萌生位置，并結(jié)合Coffin-Manson方法對(duì)焊點(diǎn)疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過(guò)比較驗(yàn)證

4、，其疲勞壽命預(yù)測(cè)結(jié)果滿(mǎn)足電連接器制造標(biāo)準(zhǔn)要求，從而實(shí)現(xiàn)了焊點(diǎn)的可靠性評(píng)估，使激光軟釬焊工藝能夠在電連接器的實(shí)際加工制造中得到推廣應(yīng)用。
　?。?）提出了一種用于分析電連接器插拔特性及微動(dòng)磨損的統(tǒng)一參數(shù)接觸力學(xué)模型。針對(duì)復(fù)雜的電連接器結(jié)構(gòu)以及受力行為，以彈性力學(xué)與接觸力學(xué)理論為基礎(chǔ)，通過(guò)分析插拔過(guò)程中結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化對(duì)力學(xué)特性的影響規(guī)律，從而建立了統(tǒng)一參數(shù)接觸力學(xué)模型。再通過(guò)對(duì)高速背板連接器接觸件公（母）端的插拔特性分析研究，找出插拔

5、力的變化特征，在驗(yàn)證力學(xué)模型的同時(shí)，對(duì)插拔力進(jìn)行了優(yōu)化，經(jīng)仿真與測(cè)試結(jié)果比較，優(yōu)化后的插拔力大小符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
　?。?）在統(tǒng)一參數(shù)接觸力學(xué)模型基礎(chǔ)上，對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的Micro-D電連接器進(jìn)行了微動(dòng)磨損方面的動(dòng)力學(xué)分析及疲勞壽命評(píng)估。通過(guò)仿真與試驗(yàn)相結(jié)合，分別得到了插入過(guò)程與微動(dòng)過(guò)程中該電連接器的絞線插針及插孔的應(yīng)力分布、接觸面積變化特點(diǎn)，確定了疲勞壽命循環(huán)次數(shù)與接觸電阻、接觸面積之間的關(guān)系，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了疲勞壽命評(píng)估的有效性。<

6、br>　　（4）針對(duì) USB電連接器服役時(shí)所處的復(fù)雜工作環(huán)境以及傳統(tǒng)簡(jiǎn)化模型的局限性，提出了一種電-熱-力多物理場(chǎng)耦合分析模型。通過(guò)采用有限元分析方法，首先得到了處于工作狀態(tài)下的電連接器由電場(chǎng)變化而引起溫度場(chǎng)變化二者之間的電-熱耦合關(guān)系，并得出了電流分布及溫度分布規(guī)律。然后，根據(jù)溫度分布的特點(diǎn)又明確了溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)之間的熱-力耦合關(guān)系，同時(shí)得出了應(yīng)力分布規(guī)律。通過(guò)對(duì)電連接器電-熱耦合與熱-力耦合的特性參數(shù)分析，驗(yàn)證了電連接器電-熱-力多

7、物理場(chǎng)耦合分析模型的適用性。
　?。?）針對(duì)高速背板連接器在傳輸信號(hào)過(guò)程中的缺失問(wèn)題，提出了一種基于信號(hào)完整性分析的電連接器高速互連性能優(yōu)化方法。以傳輸線理論作為基礎(chǔ)，采用HFSS仿真分析得出了參數(shù)特性阻抗、插入損耗與回波損耗、遠(yuǎn)端串?dāng)_與近端串?dāng)_等的變化情況，經(jīng)優(yōu)化處理后，使得上述參數(shù)得到了必要的改善及修正，最后采用相關(guān)儀器設(shè)備進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試，比較仿真結(jié)果、優(yōu)化結(jié)果以及測(cè)試結(jié)果后，驗(yàn)證了該方法的有效性，同時(shí)也為解決高速互連問(wèn)題提供