连接器电气性能检测

1引言不论是高频电连接器，还是低频电连接器，绝缘电阻、介质耐压（又称抗电强度）和接触电阻都是保证电连接器能正常可靠地工作的最基本的电气参数。通常在电连接器产品技术条件的质量一致性检验A、B组常规交收检验项目中都列有明确的技术指标要求和试验方法。这三个检验项目也是用户判别电连接器质量和可靠性优劣的重要依据。但根据笔者多年来从事电连接器检验的实践发现，目前各生产厂之间以及生产厂和使用厂之间，在具体执行有关技术条件时尚存在许多不一致和差异，往往由于采用的仪器、测试工装、操作方法、样品处理和环境条件等因素不同，直接影响到检验准确和一致。为此，笔者认为，针对目前这三个常规电性能检验项目和实际操作中存在的问题进行一些专题研讨，对提高电连接器检验可靠性是十分有益的。另外，随着电子信息技术的迅猛发展，新一代的多功能自动检测仪正在逐步替代原有的单参数测试仪。这些新型测试仪器的应用必将大大提高电性能的检测速度、效率和准确可靠性。2绝缘电阻检验2．1作用原理绝缘电阻是指在连接器的绝缘部分施加电压，从而使绝缘部分的表面或内部产生漏电流而呈现出的电阻值。即绝缘电阴(MΩ)=加在绝缘体上的电压（V）/泄漏电流（μA）。通过绝缘电阻检验，确定连接器的绝缘性能能否符合电路设计的要求，或在经受高温、潮湿等环境应力时，其绝缘电阻是否符合有关技术条件的规定。绝缘电阻是设计高阻抗电路的限制因素。绝缘电阻低，意味着漏电流大，这将破坏电路和正常工作。如形成反馈回路，过大的漏电流所产生的热和直流电解，将使绝缘破坏或使连接器的电性能变劣。2．2影响因素主要受绝缘材料、温度、湿度、污损、试验电压及连续施加测试电压的持续时间等因素影响。2．2．1绝缘材料设计电连接器时选用何种绝缘材料非常重要，它往往影响产品的绝缘电阻能否稳定合格。如某厂原使用酚醛玻纤塑料和增强尼龙等材料制作绝缘体，这些材料内含极性基因，吸湿性大，在常温下绝缘性能可满足产品要求，而在高温潮湿下则绝缘性能不合格。后采用特种工程塑料PES（聚苯醚砜）材料，产品经200℃、1000h和240h潮湿试验，绝缘电阻变化较小，仍在105MΩ以上，无异常变化。2．2．2温度高温会破坏绝缘材料，引起绝缘电阻和耐压性能降低。对金属壳体，高温可使接触件失去弹性、加速氧化和发生镀层变质。如按GJB598生产的耐环境快速分离电连接器系列II产品，绝缘电阻规定25℃时应不小于5000MΩ，而200℃时，则降低至不小于500MΩ。2．2．3温度潮湿环境引起水蒸气在绝缘体表面的吸引和扩散，容易使绝缘电阻降低到MΩ级以下。长期处于高温环境下会引起绝缘体物理变形、分解、逸出生成物，产生呼吸效应及电解腐蚀及裂纹。如按GJB2281生产的带状电缆电连接器，标准大气条件下的绝缘电阻值应不小于5000MΩ，而经相对湿度90%~95%、温度40±2℃、96h湿热试验后的绝缘电阻降至不小于1000MΩ。2．2．4污损绝缘体内部和表面的洁净度对绝缘电阻影响很大，由于注塑绝缘体用的粉料或胶接上、下绝缘安装板的胶料中混有杂质，或由于多次插拔磨损残留的金属屑及锡焊端接时残留的焊剂渗入绝缘体表面，都会明显降低绝缘电阻。如某厂生产的圆形电连接器在成品交收试验时发现有一个产品接触件之间的绝缘电阻很低，仅20MΩ，不合格。后经解剖分析发现，这是因注塑绝缘体用的粉料中混有杂质而造成的。后只得将该批产品全部报废。2．2．5试验电压绝缘电阻检验时施加的试验电压对测试结果有很大关系。因为试验电压升高时，漏电流的增加不成线性关系，电流增加的速率大于电压增加的速率，故试验电压升高时测得的绝缘电阻值将会下降。电连接器产品技术条件引用的试验方法中，对试验电压都有明确的规定，通常规定为500V。因此不能用一般欧姆表、直流电桥等电阻测量仪器来测量绝缘电阻。2．2．6持续时间（读数时间）由于被测电连接器在测量极之间存在着一定的电容，测量初期电源先要对电容充电，因此在测试时往往会出现绝缘电阻测试仪上指示的电阻值有逐渐上升的趋势，这是正常现象。不少电连接器试验方法中明确规定，读取绝缘电阻测试仪上的读数必须在电压施加1min后进行。2．3问题研讨2．3．1检验环境温、湿度的影响电连接器技术条件通常都规定了产品的使用环境温度和湿度，如温度为-55～125℃，湿度为40±2℃、95%±3%。笔者认为，检验环境条件和使用环境条件是有区别的。技术条件规定产品可以在上述温湿度使用环境下工作，并不意味着生产厂在上述使用环境条件下测试绝缘电阻都应满足正常大气压下的考核指标。如有使用温度上限125℃和40±2℃、93%±3%湿热环境条件下测绝缘电阻，则应按技术条件规定的高温和湿热环境试验的考核指标进行考核，而不应按正常大气压下的考核指标进行考核。笔者在实际检验时多次发现，同一批产品在北方气候较干燥的条件下（湿度50%）出厂检验绝缘电阻大于1000MΩ，是合格的；但产品发运至南方使用厂，在较潮湿的环境下（湿度80%）复验，绝缘电阻仅为100MΩ～200MΩ，属不合格。遇此情况，有时用酒精清洗烘干后，刚取出检验是合格的，但放置到次日再复测又不合格。为此，建议生产厂在产品交收试验时，应将绝缘电阻控制在规定值以上一个恰当水平，保持有一定的裕度；不要将在干燥环境下勉强达到规定值的产品判为合格出厂，以免供需双方因检验气候环境条件不同造成检验结果不一致而引起争议。为明确检验环境温湿度要求，现在有部分试验方法既规定了测试的环境温湿度（相对较宽的范围），又规定了出现分歧仲裁时的温湿度要求（相对取中限较窄的范围）。如GJB1217-91《电连接器试验方法》规定：试验的标准大气条件，温度15～35℃,湿度20%～80%，气压73～103kPa。仲裁试验的标准大气条件，温度25±1℃，湿度50%±2%，气压86～106kPa。2．3．2检验工装的影响电连接器技术条件规定，电连接器所有接触件之间和所有接触件与壳体之间的绝缘电阻都应符合规定值；又规定其施加电压的持续时间要大于1min。故许多电连接器生产厂对其所生产的每一型号规格产品都备有相应的2～3个不同编排连接方式的检验工装（头孔配座针工装或头针配座孔工装），通过对其接触件点与点之间、排与排之间和所有接点与壳体之间并联施加试验电压，检验其绝缘电阻是否合格。这种用检验工装并联施加电压比单个接点间施加电压条件苛刻。故若用检验工装测试发现绝缘电阻不合格时，允许不用工装直接用表棒在单点间施加电压进行复测。但现有部分生产厂和绝大多数使用单位都不用检验工装，而是直接采用与绝缘电阻测试仪相连的两根测试表棒，在每个接触件之间或接触件与壳体之间搭接，检验其绝缘电阻是否合格。这种不同检验工装的方法有以下缺点：一是随机性很大，极有可能产生漏检；二是每个接点不可能像有检验工装那样，可以停留1min后再读数，故有可能造成误判，检验的可靠性较差。当然，即使使用检验工装，在检验前必须首先保证工装合格，要保证工装洁净和干燥，其本身绝缘电阻必须合格，且留有充分余量。3介质耐压检验3．1作用原理介质耐压检验又称抗电强度检验。它是在连接器接触件与接触件之间、接触件与壳体之间，在规定时间内施加规定的电压，以此来确定连接器额定电压下能否安全工作，能否耐受由于开关浪涌及其它类似现象所导致的过电位的能力，从而评定电连接器绝缘材料或绝缘间隙是否合格。如果绝缘体内有缺陷，在施加试验电压后，则必然产生击穿放电或损坏。击穿放电表现为飞弧（表面放电）、火花放电（空气放电）或击穿（击穿放电）现象。过大漏电流可能引起电参数或物理性能的改变。由于过电位，即使是在低于击穿电压时也可能有损于绝缘或降低其安全系数，所以应当慎重地进行介质耐压检验。在例行试验中，如果需要连续施加试验电压时，最好在进行随后的试验时降低电位。3．2影响因素主要受绝缘材料、洁净度、湿度、大气压力、接触件间距、爬电距离和耐压持续时间等因素影响。3．2．1绝缘材料设计必须选用恰当的工程塑料制作绝缘体，才能满足预定的耐压性能指标要求。如选用击穿电压为16kV/mm的PES（聚苯醚砜）特种工程塑料，能满足GJB598《耐环境快速分离圆形电连接器》YB系列II产品标准大气压下耐压为1500V的要求。氟塑料（F4）具有比其它材料更高的介质耐压和绝缘电阻，广泛用于制作射频同轴电连接器绝缘体。3．2．2洁净度绝缘体内部和表面洁净度对介质耐压影响很大。笔者在某圆形连接器补充筛选时发现有一产品要求耐压1500V，实际测试施加电压至400V，即在两个接触件之间产生击穿现象。经与生产厂共同进行解剖分析后认为：击穿发生于绝缘体上、下两个绝缘安装板的胶接界面，是由于胶粘剂中混有杂质所致。3．2．3湿度增加湿度会降低介质耐压。如J36A矩形电连接器技术条件规定：正常条件下耐压为1000V；而经40±2℃、93%±2℃、48h湿热试验后耐压降为500V。3．2．4低气压在空气稀薄的高空，绝缘体材料会放出气体污染接触件，并使电晕产生的趋势增加，耐压性能下降，使电路产生短路故障。故高空使用的非密封电连接器都必须降额使用，如Y27A圆形电连接器技术条件规定：正常条件下耐压为1300V，而在1.33Pa低气压条件下耐压降为200V。3．2．5接触件间距连接器的小型化和高密度的发展，具体体现在矩形电连接器和印制电路电连接器上，要求间距能达到0.635mm，甚至0.3mm，外形尺寸中最关键的高度尺寸已减小到1～1.５mm。表面贴装技术(SMT)与小型化的发展有着密切的关系。这就要求我们选用耐压性能更高的绝缘材料，以满足设计尺寸小型化的要求。3．2．6爬电距离它是指接触件与接触件之间，或接触件与壳体之间沿绝缘体表面量得的最短距离。爬电路离短容易引起表面放电（飞弧）。故有部分连接器的绝缘安装板表面插针（孔）安装孔设计成凹凸台阶形状，以增加爬电距离，提高抵抗表面放电的能力。3．2．7耐压持续时间一般电连接器技术条件均规定为电压施加到规定值后持续1min应无击穿、飞弧、放电现象。但许多电连接器生产厂在做成品交收试验时，为提高检测速度，往往采用提高试验电压20%、缩短耐压持续时间为5s或10s的方法。笔者认为，它们之间不存在某种函数关系。从交流耐压击穿机理来分析，击穿主要是由泄漏引起的，即泄漏电流大于规定值就认为击穿。另一种是热击穿，提高试验电压强加泄漏，热击穿与时间长短没有关系。如国军标GJ1217-91《电连接器试验方法》规定，试验电压加至规定值后应持续1min。当有规定时，厂内质量一致性试验时的保持时间可降至最少5s。笔者在实践中发现按此规定检验合格出厂的产品，用户在进行100%补充筛选时，仍发现有个别产品因绝缘体内部存在缺陷而被击穿。造成上述现象的原因很可能是由于耐持续时间缩短为5s，在极短时间内对绝缘体电容充电，还不足以使泄漏电流大于规定值而引起击穿。3．3问题研讨3．3．1测量方法的研究为保证能在接触件之间或接触件与壳体之间施加高电压并保持1min，和测量绝缘电阻一样，必须采用相应的测试工装（头孔配座针或头针配座孔），测试工装可以和测量绝缘电阻的工装通用。对一般接点点距较大的电连接器可采用两步测量法，即第一步将偶数排所有接点并联，将奇数排所有接点并联，然后测量两并联接点组之间的介质耐压；第二步将全部接点并联的测量并联点与“地”之间的介质耐压。如某矩形电连接器接点按正等边三角形排列，同排点距为2.8mm，排距为2.5mm，邻排点距为2.87mm。虽然两步测量法没有测量最小点距2.8mm，而是测量2.87mm，但由于介质耐压很高，为1000V左右，且裕度大，0.07mm的壁厚所增加的介质耐压微不足道。两步测量法虽经济，但仍存在不可靠因素，它无法剔除同排接点间因存在内部缺陷而引起的击穿隐患。故对于高密度、超小型电连接器而言，由于介质耐压规定值小，裕度也小，尽管接点是按正等边三角形排列，但因其接点间距小，相邻两点之间的绝缘体壁厚很薄，只要存在很微小的气泡、疏松、杂质等缺陷，都将严重影响介质耐压。因此，必须采用三步测量法：即在前述两步测量法基础上再增加一步，将所有排的奇数点并联，将所有排的偶数点并联，然后测量两并