李忠奎，雷永濤，王　旭

(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽，550009)

研究與設計

高可靠電連接器認定過程控制及改進

李忠奎，雷永濤，王旭

(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽，550009)

摘要：本文從宇航用高可靠電連接器認定目的出發(fā)，論述了認定對高可靠電連接器的必要性和重要性，分析了部分單位在宇航項目認定過程中存在的認識不足、方案確認考慮不全、方法操作可行性差、執(zhí)行不到位等問題，然后結合具體的連接器認定過程，從詳細規(guī)范確認、鑒定檢驗審查、建立PID文件、元器件評估、認定檢驗、應用驗證、編寫應用指南和制定采購規(guī)范、編寫認定總結報告的各方面提出了認定過程有效控制的措施。最后，在上述分析和論證的基礎上，對認定過程的細化和完善提出了幾點個人建議。

關鍵詞：高可靠電連接器；認定；過程分析及控制

1引言

元器件認定作為考核評估元器件是否滿足宇航應用的有效手段之一可為型號元器件使用提供決策依據(jù)。以往的元器件認定多專注于元器件的功能性能等試驗方面的考核，而對按照型號使用條件應用時元器件的適用性評估甚少[1]。

近幾年，隨著我公司HRM、J30JH、J599宇高等項目的研制，關于高可靠連接器認定的概念也越來越多地出現(xiàn)在我們面前。產(chǎn)品認定過程的有效性也更直接關系到項目研制的效率、型號系統(tǒng)配套的可靠性、批產(chǎn)應用的周期等方面。這就需要我們對認定的目的、階段的劃分、方案的編制、過程的保障等方面有著更明確和深入的了解。對此，國內(nèi)由航天五院帶頭規(guī)劃了一整套宇航級電連接器項目認定體系，內(nèi)容包括詳細規(guī)范確認、鑒定檢驗審查、建立PID文件、元器件評估、認定檢驗、應用驗證、編寫應用指南和制定采購規(guī)范、編寫認定總結報告等方面。盡管如此，按照上述體系認定的HRM、J30JH等系列產(chǎn)品在用戶使用過程中，仍出現(xiàn)印制板產(chǎn)品焊接透錫不良、基座焊裝變形、安裝附件與引腳干涉等問題，嚴重影響了項目認定進度、型號配套進度、產(chǎn)品的可靠性。本文就是針對上述問題，結合航天五院認定各廠家產(chǎn)品的實例來展開分析，提出對項目認定有效性的控制措施，反向指導后續(xù)的內(nèi)外部項目認定。

2認定現(xiàn)狀及存在問題

2.1認定技術流程分析

依據(jù)空間元器件的6個要素(設計、設備、材料、工藝、檢驗/鑒定)及其6個特性(空間可用性、設計成熟性、批次穩(wěn)定性、個體一致性、全程追溯性和內(nèi)涵透明性)，產(chǎn)品認定工作分九個方面工作內(nèi)容：詳細規(guī)范確認、鑒定檢驗審查、建立PID文件、元器件評估、認定檢驗、應用驗證、編寫應用指南和制定采購規(guī)范、編寫認定總結報告等。詳細技術流程見圖1，認定要求與工作分工見表1。

圖1　電連接器認定工作技術流程

項目代號項目名稱內(nèi)容要求交付物M1確認詳細規(guī)范審查詳細規(guī)范結合電連接器生產(chǎn)情況,考慮型號應用需求和可靠性保證要求,開展詳細規(guī)范的評審確認,并由承制單位完成詳細規(guī)范在標準化機構的備案工作評審通過的詳細規(guī)范M2鑒定檢驗審查審查鑒定檢驗的試驗數(shù)據(jù)及試驗報告按照產(chǎn)品詳細規(guī)范開展第三方鑒定檢驗,鑒定檢驗完成后,承制方向認定單位提供研制總結報告、產(chǎn)品設計報告、鑒定檢驗試驗數(shù)據(jù)、試驗報告等資料進行審查鑒定檢驗審查報告M3PID文件建設編制PID文件按照認定單位認可的PID模板編制,至少包括總規(guī)范、詳細規(guī)范、設計文件、工藝文件、生產(chǎn)設備儀器儀表清單、檢測儀器儀表清單、試驗設備儀器儀表清單、關鍵工序控制文件、質量手冊和程序文件、質量保證大綱和統(tǒng)計過程控制(SPC)文件、原材料采購規(guī)范、原材料檢驗規(guī)范、貯存規(guī)范等PID文件M4aM4bM4cM4d元器件評估產(chǎn)品功能性能分析結構分析極限評估壽命考核強化試驗由承制方負責編制評估方案,認定單位組織,并邀請使用方、評估試驗參與方、標準化機構(必要時)、第三方試驗機構(必要時)、項目涉及的其它負責人員等參與評審方案,確認后有認定單位備案,各相關試驗單位按照方案要求進行試驗功能性能分析報告結構分析報告極限評估報告壽命考核強化試驗報告M5認定檢驗認定檢驗認定檢驗即鑒定檢驗,按照產(chǎn)品詳細規(guī)范進行第三方鑒定檢驗認定檢驗報告M6應用驗證裝聯(lián)工藝驗證由認定單位指定,對認定規(guī)格型號按照實際裝聯(lián)工藝要求,進行壓接或焊接金相、導線匹配性、端子接點強度、連接器振動和沖擊等機械性能、溫度循環(huán)性能、尾部附件功能可靠性、裝聯(lián)后X光檢查等工藝可行性和產(chǎn)品可靠性驗證裝聯(lián)工藝驗證報告M7應用指南應用指南承制方在調(diào)研和分析國外宇航機構編寫的應用手冊的基礎上,根據(jù)實際產(chǎn)品研制和應用現(xiàn)狀,應用手冊一般技術內(nèi)容包括:總則、產(chǎn)品概要、產(chǎn)品用途、常規(guī)性能、不同使用環(huán)境條件下的性能、應用條件、極限參數(shù)、可靠性試驗數(shù)據(jù)、貯存條件、主要失效模式應用指南

2.2存在的問題

由于國內(nèi)高可靠電連接器起步較晚，對認定的認識不足，使得產(chǎn)品在認定過程中經(jīng)常出現(xiàn)如下問題：

a)認定流程不清楚。項目負責人員對高可靠連接器的認定流程不清楚，或雖然知道包括的內(nèi)容，但對于各認定階段的相互順序、關系、主要工作要求不了解，導致階段交付物質量較差，認定工作計劃不能及時合理地安排到各個執(zhí)行部門，認定周期延長，無法滿足認定有效性、及時性的要求；

b)規(guī)范方法與國內(nèi)外相關標準存在差異。鑒定用詳細規(guī)范的要求雖不低于國內(nèi)外相關標準，但由于規(guī)范編制人員對進口規(guī)范調(diào)研不夠深入、審查人員由于時間緊急和對項目不夠了解，未發(fā)現(xiàn)試驗方法與國內(nèi)外相關標準的差異，導致認定無法暴露問題，如某型號耐焊接熱規(guī)定：印制板式引腳浸入焊料深度最大為2.0mm，而GJB 360B-2009中規(guī)定：引出端的浸漬位置應距離元件本體1.27mm以內(nèi)；

c)抽樣規(guī)格未覆蓋全面。未考慮不同規(guī)格產(chǎn)品的工藝差異，認定只根據(jù)通用規(guī)范及用戶要求進行了最大、最小規(guī)格，導致認定無法暴露問題，如HRM322-152規(guī)格由于基座模具采用雙端進料，與最大、最小規(guī)格單端進料不同，基座內(nèi)部殘余應力離散大，導致產(chǎn)品在浸錫高溫影響后釋放內(nèi)部應力發(fā)生不同程度的翹曲變形；

d)評估試驗方案執(zhí)行度差。由于評估檢測項目和記錄數(shù)據(jù)很多、檢測要求苛刻、試驗樣品及周期長，操作者若對試驗要求和方法不了解，容易漏記或誤記試驗數(shù)據(jù)，甚至某些對于數(shù)據(jù)較多的項目直接記錄范圍后，臆測給定具體值。對于非常規(guī)項目(如熱真空負載、極低溫存儲)，由于試驗人員對項目了解較少或受設備限制，測量的有效性有待考證；

e)應用指南可行性差。產(chǎn)品的應用指南或使用手冊依據(jù)產(chǎn)品的技術狀態(tài)、認定數(shù)據(jù)、用戶使用等方面的情況進行編制及完善，其修訂過程需貫穿于產(chǎn)品的整個承制期間，而實際指南則主要在研制過程中進行，且編制者未必對用戶的各種使用環(huán)境了解，使得指南的可操作性較差或應用可靠性不高。

3認定過程控制

3.1確認詳細規(guī)范

a)對國內(nèi)外對應的通用規(guī)范、單篇規(guī)范進行充分地調(diào)研，詳細對比分析研制產(chǎn)品與被替代型號在結構尺寸、材料及鍍覆、功能性能、試驗方法方面的異同，并形成《對比分析報告》，以便于評審組評審；

b)認真分析通用規(guī)范各項目要求及方法的適用性，尤其適用于內(nèi)外部結構非標的產(chǎn)品，對不適用的項目需要在詳細規(guī)范編制說明中明確原因，如對于大芯數(shù)(>100芯)的印制板式連接器，連接器嚙合力和分離力最好控制在(0.8×n)N，n為接觸件總數(shù)，以便于插拔使用；

c)對于用戶要求增加的特殊性能檢測項目，需根據(jù)公司水平進行評估，對于受生產(chǎn)過程人為因素影響較大的項目，應在設計或工藝上留有一定的性能余量，在技術文件中固化工藝參數(shù)，定期對生產(chǎn)加工人員進行培訓，增加過程檢驗控制，并進行項目可行性、穩(wěn)定性摸底，如對于有剩磁要求的型號，公司控制水平僅可達到200gamma以下，且離散性較大(從幾到上百gamma不等)，因此質量保證文件規(guī)定每批需抽檢剩磁；

d)鑒定規(guī)格應盡量覆蓋全部型譜規(guī)格，并確認配對型號在試驗項目中的可操作性，如(低電平)接觸電阻測量，要求頭座的測試電流需匹配，若受認定型號限制只能采用某2測試電流不匹配的型號進行配對試驗，則應在詳細規(guī)范中明確“以較小的試驗電流作為測試電流”；

e)對于增加項目，鑒定分組時應考慮試驗項目類型(機械、環(huán)境等)是否相同、是否具有破壞性等)、試驗周期、試驗機構是否外協(xié)等因素，如高溫(干熱)和高溫儲存可置于同組，過載和高溫儲存由于均具有破壞性不能放于同組，抗輻照為外協(xié)項目需單獨組檢測；

f)質量一致性檢驗的A組應包括需要100%控制的所有項目，如壓接式需考慮進行“模擬檢查”；

g)當連接器、尾部附件、鎖緊件、接觸件等可單獨訂貨時，質量一致性檢驗、用戶驗收、用戶到貨檢驗和補充篩選、DPA項目組中需明確各檢測項目對各類型訂貨產(chǎn)品的適用性，如A組中接觸電阻、絕緣耐壓等不適用于尾部附件和鎖緊件。

3.2鑒定檢驗審查

承制方向認定單位提供的研制總結報告、產(chǎn)品設計報告應按雙方認可的模板進行，報告應簡潔、圖文結合、數(shù)據(jù)及重大問題分析依據(jù)鑒定檢驗試驗數(shù)據(jù)、試驗報告等資料，并采用流程圖、直方圖、樹圖、優(yōu)先矩陣等質量分析工具，以提高資料審查效率。

3.3PID文件建設

按照認定單位認可的PID模板編制，內(nèi)容應真實、簡潔、圖文結合、覆蓋全部控制規(guī)格，產(chǎn)品內(nèi)外部結構采用三維圖剖視進行描述，并采用流程圖、平面定制圖等工具，以便于查閱。

3.4元器件評估

a)功能性能分析應覆蓋到產(chǎn)品的全部互換接口及安裝接口結構尺寸、電性能(常溫、常壓下電性能、全溫度范圍內(nèi)絕緣電阻和接觸電阻、不同電流條件下的(低電平)接觸電阻)、機械性能(接觸件插入力和分離力、連接器插合力和分離力)、磁性等級、熱真空負載、互換性(包括與被替代型號互配時的機械性能、電性能)等。其中，接觸電阻和絕緣電阻在真空-溫度-通電應力的性能考核[2]，能更全面地模擬驗證電連接器在空間環(huán)境下的可靠性，對此提出了“熱真空負載”項目；

b)不同條件下的測試主要是為了繪制產(chǎn)品的環(huán)境特性曲線，用于指導連接器的應用，故其溫度、測試電流、海拔高度、環(huán)境氛圍等參數(shù)的變化范圍應以實際使用的參數(shù)范圍為依據(jù)，必要時再適當拔高，如對于不同測試電流值下低電平接觸電阻，若用戶最小使用電流為mA級，測量電流應盡量不小于1mA。因為電流更小時，公司現(xiàn)有儀表無法實現(xiàn)，或雖可自搭電路，但由于電流過小，電阻隨測量點、抖動等跳動較大，測量不準確；

c)結構分析樣品應抽取所有不同內(nèi)外部結構的替代與被替代型號，可根據(jù)樣品儲備情況抽取對應的芯數(shù)；

d)極限試驗項目應根據(jù)產(chǎn)品的結構特點進行適當?shù)脑鰷p，如對于無外殼的印制板式產(chǎn)品可增加耐焊接熱對于溫度和時間的極限性能；對于正式供貨時由用戶裝聯(lián)的項目(如壓接抗張強度)，應保證承制方使用工藝與用戶應用時工藝方法及參數(shù)一致；根據(jù)產(chǎn)品的性能穩(wěn)定性或冗余量，給定合理的指標步進值，如對于某型號的耐電壓以往易受裝配過程影響出現(xiàn)失效，其標準氣壓和低氣壓下耐電壓步進值宜分別設為50V和20V。

3.5認定檢驗

認定檢驗即鑒定檢驗，按照產(chǎn)品詳細規(guī)范進行第三方鑒定檢驗，為保證外部鑒定的順利進行，鑒定提交前需先進行內(nèi)部摸底，設計跟蹤進行重點項目及新增項目的試驗，不留疑點；鑒定提交時，若樣品的數(shù)量多或存在易受過程操作影響的項目(如振動、沖擊等)，需提供詳細的樣品及試驗配用附件、工裝清單，必要時分組包裝樣品，及《過程注意事項說明》；及時跟蹤協(xié)調(diào)鑒定過程存在的問題，保證鑒定進度。

3.6應用驗證

a)樣品應覆蓋到不同端接形式及內(nèi)外部結構的型號規(guī)格，包括連接器、附件、鎖緊組件，且正式供貨時為散件提供的驗證樣品也應為散件，由驗證機構按照我公司使用說明及用戶內(nèi)控標準進行裝聯(lián)(如壓接、焊接、線束處理)；

b)驗證方案應由驗證機構和承制方協(xié)助完成；

c)連接器的各項目應模擬實際使用狀態(tài)進行安裝及使用，不應完全按照詳細規(guī)范的試驗方法進行。

3.7應用指南

a)按雙方認可的模板進行，報告應簡潔、圖文結合，數(shù)據(jù)分析依據(jù)鑒定檢驗、評估和應用驗證測試數(shù)據(jù)及相關工藝標準，并采用流程圖、折線圖、樹圖、三維圖等分析工具；

b)產(chǎn)品的典型應用應包括連接器及其附件的選型、裝聯(lián)等方面，并囊括所有認定規(guī)格；

c)與被替代型號的差異應重點明確，并盡量詳細說明對使用的影響；

d)應用指南應根據(jù)產(chǎn)品的認定及認定后使用過程發(fā)現(xiàn)的問題及其解決情況不斷進行完善。

3.8CAST采購規(guī)范

采購規(guī)范基于詳細規(guī)范，按照雙方認可的模板進行編制，但需重點考慮元器件過程控制(包括逐批檢驗、例行試驗、周期檢驗等)、用戶方下廠驗收、補充篩選、選型規(guī)格壓縮等內(nèi)容，并通過使用方、認定方、承制方三方評審后確認。

4關于認定的幾點建議

4.1結構分析

結構分析工作的重點是對電連接器結構、材料、工藝進行分析，但國內(nèi)目前各類結構分析報告內(nèi)容及格式參差不齊，結構分析報告內(nèi)容不夠詳細，無法充分地指導應用和研制改進。對此，本文通過對國內(nèi)外各報告的分析和綜合，提出圖2的結構部分分析模式。

材料分析應覆蓋到產(chǎn)品的全部功能零部件及輔料，包括外殼、基座、插針(合件)、插孔(合件)、導向附件、鎖緊附件、膠液、鍍層等，建議采用列表分析，內(nèi)容包括材料類別、牌號(可實現(xiàn)時)、與產(chǎn)品功能有關的主要性能特點。當產(chǎn)品為替代研制型號時，還需對比分析與被替代型號各零件材料的主要性能差異及對比結論，如基座材料對比性能：顏色、標記性能、耐溫、熱變形溫度、體積電阻系數(shù)、電氣強度、硬度等；接觸件材料對比性能：導電率、抗拉強度、硬度等。

工藝分析內(nèi)容包括連接器所使用的工藝是否為禁限用工藝、工藝的可控性和穩(wěn)定性、產(chǎn)品結構對裝聯(lián)工藝的影響等。

結構分析報告應針對上述分析的內(nèi)容，從應用的角度提出結構改進及應用建議或注意事項。

圖2　電連接器結構分析流程及圖示

4.2極限試驗

由于極限評估的目的在于探求元器件的能力是否能夠滿足型號配套特定的應用環(huán)境要求[3]，這就需要極限性能的考核參數(shù)范圍要覆蓋到產(chǎn)品的應用參數(shù)指標，并應考慮樣品數(shù)量是否能夠有效反映對應的極限性能，且步進值需與項目的性能穩(wěn)定性相匹配，對于變參數(shù)對失效影響明顯的項目，應考慮在趨近極限狀態(tài)時增大或減小變參數(shù)的步進量，以提高試驗的效率和可靠性，如對于溫度應力的考核，極限上限溫度不低于元器件在工作環(huán)境中可能遇到的最高溫度，極限下限溫度不低于元器件在工作環(huán)境中可能遇到的最低溫度，且設備達到預定溫度的保持時間應不低于10分鐘[4]；對于耐電壓極限，根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)推算，樣品在接近電壓上極限時，應減小步進量。

4.3應用驗證

若產(chǎn)品的鑒定合格，應用驗證的失效或過程中發(fā)現(xiàn)的與用戶裝聯(lián)有關的問題，不應作為產(chǎn)品認定不合格的決定性判據(jù)，以承制方改進后補充驗證合格為準。

4.4應用指南

對于應用指南中的連接器典型應用、使用注意事項、常見故障分析與排除方法等方面，使用方也應參與進來，及時反饋使用過程中發(fā)現(xiàn)的問題及處理措施及后續(xù)控制建議，并擬定修改方案，所有的修訂內(nèi)容均應通過承制方、使用方、認定方共同認可后方能確定。

5結束語

綜上所述，現(xiàn)有認定系統(tǒng)在國內(nèi)推行的較晚，認定系統(tǒng)的確定方與元器件項目承制方對認定的理解程度存在差異，且認定在現(xiàn)實項目應用中還存在較多影響認定有效性和總裝型號配套可靠性的問題。因此，本文結合實際的項目認定，提出了對認定各個環(huán)節(jié)質量和效率提升的控制措施及改進意見，以期能夠提升后續(xù)的項目認定效率及產(chǎn)品的可靠性。

參考文獻：

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[4]董宇亮. 用于電子元器件的溫度應力極限評估方法：中國，CN201210026786.5[P]. 2012-07-11.

收稿日期：2014-11-16

Doi:10.3969/j.issn.1000-6133.2015.01.005

中圖分類號：TN784

文獻標識碼：A

文章編號：1000-6133(2015)01-0020-06