射频连接器常见失效模式和失效机理分析

虽射频连接器品种很多,但从可靠性角度分析,许多问题是共性的。下面以目前应用最广泛、品种最多的螺纹连接型射频同轴连接器为例进行失效模式和机理分析。

(1)连接失效

① 连接螺母脱落。

这是射频同轴连接器最常见的失效现象,特别是小型连接器,如SMA、SMC、L6,出现该失效的概率更大。其产生原因是:设计人员选材不当,为降低成本误用非弹性的黄铜作为卡环材料;加工时,螺母安装卡环的沟槽槽深不够,导致连接时稍加力矩螺母即脱落;或虽材料选择正确,但工艺不稳定,铍青铜弹性处理未达到图纸规定的硬度值,卡环无弹性,导致螺母脱落;或使用测试时,没使用力矩扳手,而用普通扳手拧紧螺母,使拧紧力矩大大超过军标规定值,导致螺母(卡环)遭到损坏而脱落。

② 配对失误。

主要是指用户使用不当,插头座配对失误。例如,把市场上买到的Q9的电缆插头误认为是国际上通用的BNC电缆插头,因其形状和BNC电缆插头完全一样,只是尺寸稍有差别,结果造成与进口仪器BNC插座无法插合,不能兼容。

③ 内导体松动或脱落。

有些设计人员在内导体介质支撑处把内导体分为两个,然后用螺纹连接起来。但是对小型射频同轴连接器而言,内导体本身尺寸仅φ1~2mm,在内导体上加工螺纹,若不在螺纹连接处涂以导电胶,那么内导体连接强度是很差的。连接器经多次连接,在扭力和拉力长期作用下,极易造成内导体螺纹松动、脱落,致使连接失效。

(2)反射失效

① 反射增大。

任何一种连接器都有一定的使用寿命。以SMA连接器为例,美军标和我国军标规定其寿命为500次。这是因为当连接器经长期使用,反复插拔超过500次后,插针、插孔已造成不同程度的磨损,接触已不是最佳状态,所以在使用时,反射可能急剧增大。

② 断路。

在以往的工作中发现,个别用户把 N 型 50Ω插头误连到 N 型 75Ω插座上。由于 50Ω的插针直径远大于 75Ω的插孔尺寸,致使插孔尺寸超过弹性极限,不能恢复到原来的尺寸。再次使用时发现断路,原来75Ω插座的插孔已损坏。

③ 短路。

在测试密封连接器时,发现少数连接器电压驻波比很大,甚至全反射。经反复仔细检查,发现此密封连接器在焊接内导体时焊锡流到玻璃绝缘子表面,造成全部或局部短路,使性能不合格。

(3)电接触失效

① 插针、插孔不接触。

通常插孔零件材料应选用铍青铜或锡磷青铜。如果采用黄铜做插孔,插拔一两次后插孔处于涨口状态,当插针再次插入插孔时根本不接触。即使都选用铍青铜做弹性件,由于工作中检验不严,将铣槽后未收口的个别零件混入收口合格零件中,进行时效处理并镀金,装配时又未发现,结果导致连接时不接触。直到测试时发现驻波很大,甚至全反射。经仔细检查才发现原因是将不合格插孔装在产品中。

② 接触不良。

接触不良常导致信号时有时无,电性能时好时坏。这种现象在连接器使用中时有发生。产生原因是:插孔材料时效处理不足,零件硬度未达到图纸要求,造成多次插拔后弹性逐渐丧失,接触压力明显下降;插孔和插针尺寸超差,插针直径偏小或插孔内径偏大;插针、插孔使用时间过长已严重磨损,都会造成接触不良。

③ 锈蚀。

内导体大都采用铜合金加工后镀金或镀银,镀镍的较少;外导体大都采用铜合金加工后镀镍或铬。与国外产品相比,我国产品大多数镀纯金,而国外镀金合金,所以国内产品耐磨性差,镍层有时起皮、剥落等,也容易引起氧化。特别是国内部分工厂为降低成本而采用导体镀银,又没有涂有效的防护氧化层,所以镀银表面极易氧化发黑。尤其是在恶劣环境下使用,更加速了内、外导体表面的氧化,导致接触电阻和插入损耗激增,电接触失效。

(4)电缆组件的失效

电缆组件通常是由电缆连接器与高频电缆两部分组成的,因此前面所讨论的射频同轴连接器的失效模式与机理同样完全适合于电缆组件。但电缆组件失效模式和机理又有别于一般的连接器,即电缆与电缆连接器尾端连接部位产生失效也将导致整个电缆组件的失效。由于电缆连接尾部结构不同,其失效模式与机理也不同。表11-1列出了三种结构形式电缆组件端接部位的常见失效模式和原因分析。

必须强调指出的是,这些失效模式往往不是孤立的,它们相互间有密切的联系。若插针与插孔不接触或接触不良,不仅导致开路或接触电阻激增,也会导致插入损耗激增和反射失效。所以实际上任何一种失效都有可能导致连接器和整个组件失效。当然,除了上述失效模式外,还出现了零件漏工序或尺寸差错及产生误装、漏装等一些偶然失效因子。例如,不同电缆连接器有时内导体尺寸形状完全相同,仅与电缆相配的孔径尺寸略有不同,加工时把图纸误配,检验时疏忽漏检,直到装配电缆时才发现连接器内导体孔径与电缆内导体尺寸不匹配,无法装配。

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