車用連接器用于實現汽車電訊號碼的傳送與控制、線束與線束之間及電氣連接的電源線的基礎元件。車輛插頭導線接觸件的可靠接觸，電絕緣性能可靠，機械連接可靠，確保汽車電訊號碼的可靠傳遞，對部件進行有效控制。

 

 

車輛連接器主要故障形式

通過現場應用和試驗數據分析，汽車連接器的失效模式為觸點失效、絕緣失效、機械連接失效和其它失效模式，各失效模式所占比例分別為45％、20％、17％、18％。

電接觸失效：導致電氣連接器失效的主要因素是接觸電阻的變化，表現為接觸電阻不斷變化、異常發熱、氧化、燒蝕、斷路等現象，嚴重時絕緣損壞，引起短路。

絕緣失效：車輛絕緣不正常，耐壓能力降低，出現絕緣斷裂、短路燒蝕，更易造成車輛著火。

機械聯結失效：插頭、插座由于環境應力、機械應力等引起的損壞，不能正常插入，或者連接能力降低，失效。

其它失效：纜鎖結構配合不當，受外力作用電纜往復運動，導致導線疲勞斷裂，絕緣損壞等故障。

 

一、電觸頭故障原因分析。

(1)沒有足夠的電接點壓力。

接線器是通過插針與插孔接觸來導電的，插孔是彈性元件，其質量優劣對電氣連接的可靠性至關重要，插針插入插孔會引起彈性變形，然后對插頭產生接觸壓力，使其接觸壓力不穩定或減小，從而影響接觸電阻的不穩定性，受到一定的振動、沖擊應力。彈力原始發生的回彈變形、振動、沖擊應力足夠大，使用足夠長的時間，都會導致瞬間失效。插入針孔長期受力與反作用力，插入彈性元件逐漸產生永久行變形，出現應力疲勞松弛現象，特別是在接觸點及環境溫度的作用下，插孔會出現蠕變現象，接觸壓力降低，接觸電阻增加。

(2)觸點磨損。

插入磨損：汽車連接器插合分離時，插針和插孔之間在一定的接觸壓力下，由于相對運動而產生摩擦，在摩擦過程中，接觸面將發生光潔損傷，幾何形狀變化，摩擦，粘結，產生磨屑，物料輸送等，并伴有熱。當插針插入時，其表面鍍層金屬磨損，暴露出基底金屬，在外界環境作用下發生腐蝕，形成接觸不良。表面磨損量與接觸壓力、摩擦面表面光潔度、表面鍍層接觸的種類、硬度、質量、接觸面對導向處圓角是否光滑、插孔接觸部位幾何形狀等因素有關。當觸點壓力大時，插入針頭和插孔內孔口圓角連接不良，接觸部位粗糙，材料硬度低，鍍層質量差，接觸對磨損更嚴重。連接件的插入壽命和接觸穩定性都很差。

微動磨損：兩面相對運動較小的兩面出現磨損現象，其振幅為1~100um，主要由溫度循環引起的熱脹冷縮及背景振動所致，在工作條件下，汽車連接器由于振動和熱震同時存在，所以經常會出現微動現象。比如，在5℃/h內波動、循環20次、插針(黃銅制造)、插入針(黃銅制造)和插入針頭長度為2x10-5/℃時，可達到5um。實驗證明，當微振達到幾百萬次后，會對電觸頭的可靠性產生嚴重影響。例如，汽車運轉5h,1000赫茲振動頻率，相當于產生1800萬次微振。

1994年，美國MichealBryant提出了下一步的微振動破壞模型，將失效分為7個階段。

(1)微細突起接觸；

(2)微振動運動使微觀突起接觸暴露在銹蝕下，形成腐蝕膜層；

(3)微振的逆向運動刮削膜層，一部份落在“谷”上，另一部分壓入觸點。

(4)一步的微振再一次使觸點處于生銹狀態；

(5)微振蕩使微觀突起產生塑性變形，造成銹蝕膜層破碎，并形成碎屑和突出。

金屬混合：

(6)微觀突起逐漸受到銹蝕，接觸電阻增大；

(7)最后生銹碎屑填充“谷粒”，兩接觸面之間形成一層厚度至少20nm的絕緣層時，連接完全失效。

與之相比，電子連接器在低電壓、小電流的工作場合，微動時與表面絕緣接觸，對物質的危害更大，而在大功率的電力電路中，絕緣物會因電擊而被清除，從而影響電路。

 

二、電觸頭的可靠性設計。

接觸器電觸頭的可靠性設計重點為：接觸電阻、插拔力、接觸正壓。

觸點阻力設計

根據電接點理論，接觸電阻R=RC+Rf+Rp，式中：

Rp：是導體電阻，是端子與引出線奧姆電阻之和，其大小取決于選擇的端子和引出線材料、截面形狀和長度。

RC：集中電阻，當兩個接線柱相互接觸時，電阻器的表面無法完全接觸，即為微觀上點和點的接觸。如果電流從一個觸點流到另一個觸點，則由于電流線的收縮而產生阻力，所以所產生的電阻叫做收縮電阻。

Rf：膜層電阻，是指在觸點表面粘著一層薄膜，表面暗淡的薄膜和由薄膜引起的電阻。

觸點電阻的影響因素：材料自身特性、接觸壓力、生產工藝能力等。

 

端子材料的選擇

選擇高電導或低電阻率的端子材料(黃銅的導電率約為13℃，磷青銅導電率約26℃，而銅極板則為40℃)是降低接觸電阻最有效的方法。

端子選材的基本要求：

導電性能：導電率高，電阻小，接觸電阻??；

延展性：有助于端子成形；

硬度：增加機械磨耗和接觸面積，降低接觸電阻；

屈服強度：又稱降伏強度，機械和材料科學的定義是，該材料開始產生塑性變形(永久變形)應力值，在彈性范圍內存在較大位移；

彈力模數：大的彈性模數表較高的膜片易被破壞，有利于降低表面膜的接觸電阻，而較低的彈性模數可以增加彈性變形接觸面積；

應力松弛：端子長期受力或高溫，抗負荷能力仍可維持；

硬度：降低端子金屬的磨損。

觸頭插入力設計

對接觸電阻的影響因素中，接觸壓力影響最大，但通常不能測量接觸壓力。

接觸點在插入和拔出時，克服彈性接觸產生的阻力所需的力，稱為觸點插入力和拔出力，當接觸壓力越大，為了克服彈性接觸產生的阻力，需要更大的力，也就是說，插入力越大，所以在一定意義上說，在彈性觸點正壓作用下，插拔力觸點之間產生的摩擦。

當插拔力在一定范圍內變化時，接觸電阻的變化比較明顯，除此之外，接觸電阻的變化相對變鈍，即使插拔力增加很大，接觸電阻也不會明顯降低。在經濟上考慮，超過一定限度后，再要求增加插拔壓力以降低接觸電阻，沒有實際意義。因此，為了減少接觸電阻，不應該只考慮插入力。

接觸點壓力

觸壓是指在接觸面上產生并與接觸面垂直的力，影響接觸面性能。

正壓力因力學或環境應力而降低，則會導致接觸電阻增大，超過規定值則導致電路故障。

有smart的趨勢，那就是接觸壓強要非常精確。

過于緊繃的缺點：

(1)增加插入端的壓力，容易導致端子變形；

(2)增加housing內應力，容易導致housing變形。

緊固性太小的缺點：

(1)接觸壓力不夠，導致接觸電阻大，接觸不良；

(2)端子易松脫。

絕熱破壞分析和可靠性設計

絕緣性電阻是對連接器的絕緣部分施加電壓，從而使其表面或內部產生漏電流而呈現出電阻值。也就是絕緣電阻(MΩ)=絕緣體上的電壓(V)/漏電流(μA)。經絕緣電阻檢驗，確定連接器的絕緣性能是否符合電路設計要求，或在高溫、潮濕等環境應力下，絕緣電阻是否符合相關規范。設計高阻抗電路時要考慮絕緣電阻。如果有較小的絕緣電阻，就會導致漏電，使電路無法正常工作。比如反饋電路的形成，由過大的漏流引起的熱電解和直流電解，會破壞連接器的絕緣，或者降低連接器的電氣性能。

（1）絕緣材料

電氣連接件在設計中選擇什么絕緣材料很重要，它常常影響到以后產品的絕緣電阻是否合格。例如一家工廠原來采用的是醋醛玻纖塑料及增強尼龍等材料制成的絕緣體，這類材料含有極性，吸濕能力大，在常溫下能達到產品的要求，但在高溫、潮濕的環境中其絕緣性能不合格。之后用特殊的工程塑料PES(PES)，產品通過200℃1000h、240h濕濕實驗，絕緣電阻變化很小，仍然高于105MΩ，沒有出現異常變化。

（2）密封性差。

在干燥區域內的電子電器和線束受熱/高濕及化學塵埃影響較小，濕區恰恰相反，如果密封性不好，可能導致電器和線束進水，造成內部電路短路/腐蝕等，直接導致功能失效，這就需要線束連接器插接件做好密封保護。

不合理的密封結構設計：

①密封膠圈壓縮量不足，線束平順安裝密封無問題，折彎后密封失效；

②耐老化性和力學性能不佳，長期使用老化開裂，造成密封失效，設計密封結構時優先選擇徑向密封結構；

③凝露：

接頭內因工作時發熱內部空氣含水率高，停機后因溫差使空氣中的水份沉淀在低溫表面，進而導致絕緣失效，尤其是驅動電機連接器等發熱元件連接器；

大氣主要是干燥的空氣，水汽，灰塵。含水率是指空氣中水蒸汽的含量，飽和濕度是指單位容積空氣在某一溫度條件下可含水汽的最大值；

含水率隨氣溫的變化而變化，隨氣溫升高而增加。相對濕度為30%~60%，適合一般電器設備使用。若維持空氣絕對濕度恒定，降低氣溫，溫度下降到一定值，空氣中濕度將達到飽和，繼續冷卻，空氣中水分就會析出，出現液態水析出的現象叫做「凝露」。在保持濕度與大氣壓恒定的情況下，露點溫度可以使空氣中的相對濕度達到100%。

在實驗室條件下，凝露現象主要有兩類。一是在升溫階段，殼體表面溫度高于環境溫度，殼體表面與露點以下的產品表面遇上露點溫度后，殼體表面溫度升高，殼體表面溫度下降，產生凝露。

另外，殼體內壁溫度達到室內空氣露點溫度時，外部環境先冷卻，使殼體內壁比內空氣溫度低，從而形成凝露。

所要解決的凝露問題主要是第二個，防止內壁產生凝露，影響電器內部的性能。冷凝是溫度和濕度綜合作用的結果，環境濕度高，氣候溫差大，易發生凝露；

我們國家幅員遼闊，氣候差異很大，沿海環境濕度大，西北地區溫差變化大，這類區域一般較容易發生凝露。

用硅膠干燥劑涂覆金屬表面后，當金屬表面溫度低于露點溫度有水份析出時，先將其吸附于金屬表面，然后將其吸附飽和，然后再進行吸附。因此，在金屬表面涂覆硅膠涂料，在一定的時間內可以有效地延緩露珠的生成，但不能達到除濕的目的，而且增加了加工與維護費用，另外還增加了透氣閥。

④虹吸：

電子元件如連接件的進水主要有兩條，一是外部流體通過地心重力滲入到其內部，例如，連接件沒有密封環，或者是水汽從線束的內部連接點(如無保護焊點/壓接點/搭鐵點)進入；這里強調一下“虹吸”，因為一般電器在工作時有一定的溫度，內空氣形成一定的壓力，停機后溫度下降，內部壓力也會降低，此時會形成氣壓差，如連接器密封不良，水的蒸氣從銅絲之間穿過縫隙進入內部，造成功能失效。

（3）高溫

溫度過高會損壞絕緣材料，導致絕緣電阻、耐壓性能下降，對金屬外殼、高溫可使接觸件失去彈性，加速氧化并發生變質。例如用GJB598生產的耐環境快速分離的電連接器系列2產品，在25℃時絕緣電阻應不低于5000MΩ，而在高溫200℃時，也可減小到不小于500MΩ，在電氣連接設計中考慮了負載溫升，工作狀態下不超過絕緣材料額定工作溫度。

（4）濕度

濕度過大導致絕緣體表面蒸汽的吸收與擴散，易使絕緣電阻降至MΩ以下。在長時間的高溫環境中，絕緣體的物理變形、分解、逸生成物，產生呼吸效應、電解腐蝕和裂紋。按照GJB2281生產的帶狀電纜電氣接頭，在標準大氣條件下，絕緣電阻值不得小于5000MΩ，經相對濕度90%~95%、40±2℃96h溫熱試驗后，絕緣電阻下降到不小于1000MΩ。

（5）污損

絕緣子內和表面的清潔度對絕緣電阻影響很大，這是因為用于注塑絕緣體的粉料或膠接在下面絕緣安裝板的膠料中混雜著雜質，或者由于多次插拔磨損殘留金屬屑及端接錫焊時焊劑殘留滲入絕緣體表面，從而降低絕緣電阻。例如一家工廠生產的圓型連接器，在成品檢驗時發現一件產品。