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电连接器可靠性研究现状 1 电连接器可靠性是国内外研究热点 电子服务器是电气通信的基本元件，用于传输和电子设备之间的电气连接，并广泛应用于航空航天、电子、通信等行业。一个复杂的航天系统要求有数以千计的各类电连接器, 例如某一型号发射任务, 仅地面设备就需各种电连接器3 400多套。电连接器要求在各种恶劣的环境、各种苛刻的条件下可靠地沟通电路、传递信息来实现特定的功能, 其可靠性直接影响到火箭和导弹等工程系统能否可靠地工作。据统计, 目前各种系统的失效或故障现象的70%是由元器件的失效而产生的, 在这其中又有40%是由电连接器的失效而产生的。电连接器已被列为国内外公认的四种可靠性较差的元件之一, 电连接器可靠性也成为国内外的研究热点。本文简要介绍了国外电连接器可靠性研究情况, 对国内电连接器的可靠性研究主要在失效分析、可靠性试验和可靠性设计三方面进行了介绍, 并重点介绍了在航天电连接器的接触失效分析, 以及在温度、振动及其综合应力作用下的加速可靠性寿命试验方面的一些研究工作, 最后在电连接器可靠性研究方面提出了一些建议, 望能在电连接器可靠性研究工作中发挥一些作用。 2 电连接器的可靠性 国外一些发达国家对电连接器的可靠性试验及分析的工作十分重视。美国早在20世纪60年代就根据AGREE报告提出的可靠性工作要求, 提出了一部分有可靠性指标的圆形电连接器军用规范, 并以平均无故障工作周期MCBF (Mean Cycle Between Failure) 来表示电连接器的可靠性水平。到了20世纪70年代.则制定了更为完善的“电连接器试验方法”MIL-STD-1344A, 按电连接器的实际使用环境分别进行各种可靠性模拟寿命试验。进入20世纪80年代, 美国生产电连接器的几个大公司除了做一些必要的试验外, 已不再进行大规模的可靠性试验, 其可靠性是由质保体系来保证, 现场收集数据资料来确定的, 例如, 经过修正的MIL-HDBK-217B中规定的电连接器失效率模型和定量估计方法, 就是Martin Marietta航空公司根据与罗姆航空研制中心 (RADC) 的合同, 从1976年开始通过50多个工业途径对561个电子设备制造商和使用者进行5个方面问题的调查研究基础上于1977年分析整理出来的结果。在电连接器的可靠性分析方面, 虽然电连接器与其他电子元器件 (例如集成电路) 相比, 其失效模式不仅取决于电气性能, 而且在很大程度上取决于其机械性能, 往往呈多重分布的统计规律, 其失效率是非恒定的, 但是从计算的简单和方便考虑, 一般都是规定其寿命服从指数分布, 从而通过建立恒定失效率可靠性数学模型对试验数据进行统计分析, 得出电连接器的可靠性指标。 日本也在20世纪60年代开始研究电连接器的可靠性问题, 进行过不少可靠性试验, 并用寿命和失效率来表示电连接器的可靠性水平。与此同时, 前苏联、法国和德国等国家也开始了电连接器的可靠性试验和分析的研究, 其中, 德国把电连接器按使用要求, 分为①军用、②工业用及专用和③消费类设备用三个档次进行各种可靠性试验。 经过近20年不断试验与改进, 到20世纪90年代初发达国家的电连接器可靠性水平得到了很大的提高, 对于低频电连接器来讲, 若设计合理、生产稳定, 并不考虑随机因素的影响, 那么, 在相当长的时间内其基本失效率是很低的, 约为10-9/小时。在美国就连低档的电连接器, 其基本失效率λb在工作温度为45.4℃时也仅为1.12×10-8/小时。然而, 由于系统中其他电子元器件可靠性水平的不断提高, 而且相对于其他电子元器件来讲, 电连接器的失效机理比较复杂, 以及机械故障因素的突出, 因此, 电连接器仍是导致系统失效的主要元件之一。为了追求性能更高, 工作更可靠的电连接器, 美、德等发达国家正进一步致力于电连接器失效物理的研究工作, 寻求与实际更相符合的可靠性数学模型和可靠性分析方法。在一年一次的国际IEEE Holm 电接触会议上, 均有电连接器方面的论文发表。 3 确定可靠性始始条 我国的电连接器可靠性研究起步并不算晚, 早在20世纪70年代, 生产厂家和一些科研院所就开始进行电连接器的失效分析、可靠性试验和可靠性设计的研究。经过几十年的努力, 电连接器的可靠性水平得到了较大的提高, 例如用于航天、军事等领域的高可靠性电子设备的个别产品其可靠性由亚5级提高到6级。下面就从失效分析、可靠性试验和可靠性设计三个方面来介绍国内电连接器可靠性研究。 3.1 航天电连接器的失效分析 上世纪八十年代, 七九六厂的张菊华、孔宪宝发表了《低频电连接器失效模式的分析》一文, 该文通过对用户反馈信息的收集和可靠性摸底试验结果的分析总结了该厂低频电连接器的失效情况, 把电连接器的失效模式大致分为接触失效、绝