射频同轴连接器的失效原因分析及提高其可靠性的方法.doc

射频同轴连接器的失效原因分析及提高其可靠性的方法射频同轴连接器作为无源器件的一个重要组成部分，具有良好的宽带传输特性及多种方便的连接方式，因而被广泛应用于测试仪器、武器系统、通讯设备等产品当中由于射频同轴连接器的应用几乎渗透到国民经济的各个部门，其可靠性也越来越引起人们的关心和重视本文针对射频同轴连接器失效模式进行了分析，并就如何提高其可靠性进行了讨论射频同轴连接器的品种虽然很多，但无论是螺纹连接型如：N型、SMA、 3. 5 mm,卡口连接型如：BNC、C,还是推入连接型如：SMB、 SSMB、MC X其连接原理大体相同下面以N型连接器为例，就其失效形式及提高可靠性的方法展开分析图0 — 1是N型连接器的结构示意图N型连接器对连接好后，连接器对的外导体接触面（电气和机械基准面）依靠螺纹的拉力相互顶紧，从而实现较小的接触电阻（＜5mQ）插针内导体的插针部分插入插孔内导体的孔内，并通过插孔壁的弹性保持两个内导体在插孔内导体的口部良好的电接触（接触电阻＜3 mQ ）此时插针内导体的台阶血与插孔内导体端面并未顶紧，而是留有＜ 0.1mm的间隙，这个间隙对同轴连接器的电气性能和可靠性有重要影响。

N型连接器对的理想连接状态可归纳为以下几点：外导体的良好接触、内导体的良好接触、介质支撑对内导体的良好支撑、螺纹拉力的正确传递以上 连接状态一旦发生改变将导致连接器的失效下面我们就从这几个要点入 手，对连接器的失效原理进行分析，从而找到提高连接器可靠性的正确途径为保证电气和机械结构的连续性，外导体接触曲*之间的力一般都很大以N型连接器为例，当螺套的拧紧力矩M t为标准的1 3 5 N. cm时，由公式M t =K P 0 X 1 0 - 3 N. m （K为拧紧力矩系数，此处取K =0. 12），可以计算出外导体受到的轴向压力P0可达7 1 2 N,如果外导体的强度较差，就有可能造成外导体连接端面磨损严重甚至变形溃缩例如S MA连接器阳头外导体连接端面的壁厚较薄，仅0. 2 5 mm，所用材料多为黄铜，强度较弱，连接力矩稍大，连接端面就可能被过度挤压产生变形，损坏内导体或介质支撑；且连接器外导体的表面通常都有镀层，较大的接触力会破坏掉连接端面的镀层，导致外导体之间的接触电阻增大，连接器电气性能下降另外如果射频同轴连接器的使用环境比较恶劣，一段时间后，外导体的连接端面上就会沉积一层灰尘，这层灰尘使外导体之间的接触电阻激增，连接器的插入损耗变大，电气性能指标下降。

1外导体的不良接触导致的失效? 2 0 0 6 第 1 0 期？改进措施：要避免连接端面变ELECTRONICS QUALITY电子质量时应避免酒精浸到介质支撑上，且要等酒精挥发完毕后才能使用连接器，否则会因为酒精的混入，引起连接器的阻抗改变支撑以及外导体依靠胶粘剂固定在一起这种结构如果在装配时涂胶量不够或胶的连接强度不够，那么在使用过程中，涂胶处因受力可能发生断裂，就会造成内导体转动或针和插孔内导体配合时的插入力和保持力的大小来进行衡量如对于N型连接器，直径O 1 . 6 7 6 0 + 0. 0 0 5标准规插针与插孔配合时的插入力应＜ 9 N，而直径 1. 6 0 0 0 - 0. 0 0 5标准规插针和插孔内导体配合时的保持力彡0. 5 6N因此我们可以以插入力和保持力作为一个检验标准，通过调整插孔和插针的尺汴和公差，以及插孔内导体的时效处理工艺，使插针与插孔之间的插入力和保持力处于一个合适的范围2内导体的不良接触导致的失效相对于外导体，尺寸较小，强度较差的内导体更容易造成接触不良而导致连接器失效内导体之间多采用弹性连接方式，如插孔开槽式弹性连接、弹簧爪式弹性连接，波纹管式弹性连接等。

其中插孔幵槽式弹性连接结构简单，加工成木低廉，装配方便，应用范围最为广泛因而木文也将以此为例进行分析者轴向窜动，内导体之间不能形成良好的电接触，连接失效改进措施：对于图2 — 2结构的同轴连接器装配时可在螺纹连接处涂适量的导电胶或螺纹锁固剂以增加螺纹连接的可靠性而对于图2 — 3结构，要选用粘结强度较高的胶粘剂，且涂胶时一定要保证胶充满整个涂胶孔；在内导体涂胶处滚花，2. 3插孔内导体弹性差增加内导体与胶粘剂的接触面积，造成插孔内导体弹性差的原因防止内导体转动；适当调整内导体、主要有两个方面，一是插孔内导体外导体、介质支撑的径向尺寸及公差，使内导体与介质支撑、介质支幵槽部分设计或加工不合理，二是插孔内导体时效处理不当2.1内导体固定不牢2. 3. 1插孔内导体开槽部分设计或加工不合理除了材料本身的弹性，插孔部分的开槽结构的设计和加工也是影响插孔内导体弹性的一个重耍原因1） 开槽长度：如果开槽长度过长，插针内导体与插孔内导体配合时二者之间的接触力变小，就可能会导致内导体之间接触不良；幵槽长度过短，插针与插孔之间的接触力电子质量ELECTRONICS QUALITY? 2 0 0 6 第 1 0 期？轴，那么在连接时插孔内导体与插针内导体之间就会产生一个径向的挤压力，若挤压力过大会导致内导体或介质支撑变形，甚至插孔壁断裂。

改进措施：加工时合理选择切削量，或使用精度相对更高一些的4. 1. 2螺套卡环槽轴向或径向壁厚太薄时产生的毛刺，会导致连接时插孔内壁不能完全和插针良好接触改进措施，合理设计插孔内导体开槽长度、幵槽宽度以及开槽个数;而在加工插孔上的槽时要将插孔内的毛刺清除干净不合理（1 ） 卡环槽槽深太深或太浅；（2 ） 槽底部不清角；（3 ） 倒角过大2. 3. 2插孔内导体时效处理不当如果插孔内导体在进行时效强化处理时没能很好的控制温度区间或时效时间，致使其硬度达不到设计值，在多次插拔后收口逐渐松弛，接触压力明敁下降，从而导致接触不良改进措施：根据材料本身的特性结合实际经验，制定出合理的时效处理工艺，生产时严格执行按工艺进行操作设备（如纵切车床）以保证内导体合适的同轴度4.2.卡环弹性差4. 2. 1卡环径向厚度设计不合理4. 2. 2卡环时效强化不合理4. 2. 3卡环选材不当4. 2. 4卡环外圆倒角过大由于这种失效形式在很多文章中都有详细阐述，这里不再进行展开分析3介质支撑不能良好的支撑内导体导致的失效介质支撑作为同轴连接器的一个组成部分，起着支撑内导体、保证内外导体之间的相对位置关系等重要作用。

其材料的机械强度、热膨胀系数、介电常数、损耗因数、吸水率等特性对连接器的性能都有着重要的影响足够的机械强度是5.结束语限于篇幅，本文仅以N型同轴连接器为例，对应用范围较为广泛2.4内导体表面镀层脱落或磨损造成接触不良为保证传输信号质量，一般内导体表妞都有金镀层如果镀层结合力不良，在多次的插拔之后，内导体表面的镀层会产生起泡、甚至剥落，造成连接时插孔和插针内导体接触不良，连接器的电气性能指标变差而反复的插拔也会导致镀层磨损，表面质量下降由于信号? 2 ◦ 0 6 第 1 0 期？对介质支撑最基本的要求，在连接器的使用过程中介质支撑要承担来自内导体轴向的压力，如果介质支撑的机械强度太差，在互连时就会产生变形甚至损伤；而如果材料的热膨胀系数过大，当温度变化程度较大时，介质支撑就可能会过度膨胀或收缩变形，造成内导体松动、脱落，或与外导体不同轴，同时还会引起连接器端口尺寸的改变而ELECTRONICS QUALITY电子质量1引言电路的对靠性优化设计的目的是：当制造与使用环境变化时设计的电路性能能够保持在预定范围内为解决这一问题，常常需要使用统计电路设计方法，与电路仿真相结合，建立电路的统计模型。

近年来，以响应曲面法（R S M）和试验设计（DOE）相结合的响应曲面试验设计法被认为是一种有效的统计设计方法，在IC的可靠性优化设计领域取得了广泛 应用［3］响应面方法中，通常建立一个描述相应指标和设计参数之间 关系的多项式模型这个模型被用作产品性能和设计变量之间的函数，预 测产品性能，简的螺纹连接型射频同轴连接器的几种失效模式进行了分析不同连接方式也会导致不同失效形式，只有深入分析每种失效模式所对应的机理，冰有可能找到提高其可靠性的电子质量ELECTRONICS QUALITY化产品的设计优化[3],最终获得电路参数的最佳优化组合响应曲面法通常采用中心复合设计（C C D ）的试验设计方案[4 ],如B ox — Behnken 设计本文把响应曲面法（R S M）和试验设计（DOE）相结合的统计设计方法应用到电路可靠性优化设计中，以带隙基准电路为例，利用Hs pice软件基于0.50 — um Hynix CMOS工艺模型进行仿真，建立电路的响应面模型，优化电路，获得使电路输出参数对温度不敏感，同时满足设计要求的最佳参数组合2.1 设计步骤使用响应曲面法进行电路的可靠性优化设计主要包括试验方案设计、模型拟合、模型精度评估以及优化确定最佳参数组合四个部分，具体步骤如下[3 ]:1 ）通过电路仿真，确定显著影响电路设计指标的参数及其变化范围；2 ）选择试验设计方案，通过试验设计工具安排试验抽样；3 ）通过电路仿真获取试验数据；4 ）利用统计建模的方法，建立所有电路指标与参数的响应面模2 方法介绍改进方法，进而促进射频同轴连接器的发展。

♦型;[2]贺瑞霞，陈振国，尹书明.微波技术基础[M].北京：人民邮电出版社，1 9 8 8.参考文献：[1 ]吴正平，张景源.射频连接器界面手册.2 0 0 1.?2006第 10 期？。