電連接器耦合失效機理及可靠性研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的持續(xù)進步，人類社會正在進入信息時代，各種機電設(shè)備及電子產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)及更新?lián)Q代，對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)能否正常運行的關(guān)鍵所在，其質(zhì)量及可靠性問題是我們必須面臨且重點關(guān)注的問題。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電連接器的制造工藝、機械結(jié)構(gòu)及電氣性能等提出了極高的要求。因此，開展與電連接器相關(guān)的可靠性研究工作，對于改進產(chǎn)品設(shè)計、制造工藝，保障機械電子設(shè)備及通信系統(tǒng)的安全可靠運行，提升我國在電子制造領(lǐng)域的核心競爭力，具有重要的現(xiàn)實意義。
　　本文針對電連接器的可靠性問題，重點研究了幾種典型電連接器的制造工藝、疲勞失效、多物理場耦合及信號完整性等分析模型與技術(shù)方法。具體進行的研究工作主要包括以下五個部分：
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3、1）提出了一種改進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)焊接工藝對電連接器微細(xì)間距線芯加工時所表現(xiàn)出的技術(shù)難度，故在分析激光軟釬焊作用機理的基礎(chǔ)上，對 Micro-USB電連接器內(nèi)部激光軟釬焊焊點形狀采用有限元建模，再通過熱加速試驗的溫度循環(huán)作用，模擬電連接器的實際工況后，得到了焊點的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律。通過失效分析找出焊點裂紋萌生位置，并結(jié)合Coffin-Manson方法對焊點疲勞壽命進行預(yù)測，通過比較驗證

4、，其疲勞壽命預(yù)測結(jié)果滿足電連接器制造標(biāo)準(zhǔn)要求，從而實現(xiàn)了焊點的可靠性評估，使激光軟釬焊工藝能夠在電連接器的實際加工制造中得到推廣應(yīng)用。
　　（2）提出了一種用于分析電連接器插拔特性及微動磨損的統(tǒng)一參數(shù)接觸力學(xué)模型。針對復(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)，通過分析插拔過程中結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化對力學(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。再通過對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，在驗證力學(xué)模型的同時，對插拔力進行了優(yōu)化，經(jīng)仿真與測試結(jié)果比較，優(yōu)化后的插拔力大小符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
　　（3）在統(tǒng)一參數(shù)接觸力學(xué)模型基礎(chǔ)上，對復(fù)雜結(jié)構(gòu)的Micro-D電連接器進行了微動磨損方面的動力學(xué)分析及疲勞壽命評估。通過仿真與試驗相結(jié)合，分別得到了插入過程與微動過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，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，并通過試驗驗證了疲勞壽命評估的有效性。<

6、br>　?。?）針對 USB電連接器服役時所處的復(fù)雜工作環(huán)境以及傳統(tǒng)簡化模型的局限性，提出了一種電-熱-力多物理場耦合分析模型。通過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變化而引起溫度場變化二者之間的電-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)溫度分布的特點又明確了溫度場與應(yīng)力場之間的熱-力耦合關(guān)系，同時得出了應(yīng)力分布規(guī)律。通過對電連接器電-熱耦合與熱-力耦合的特性參數(shù)分析，驗證了電連接器電-熱-力多

7、物理場耦合分析模型的適用性。
　?。?）針對高速背板連接器在傳輸信號過程中的缺失問題，提出了一種基于信號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)備進行了試驗測試，比較仿真結(jié)果、優(yōu)化結(jié)果以及測試結(jié)果后，驗證了該方法的有效性，同時也為解決高速互連問題提供