1 引言

射頻連接器的可靠性問(wèn)題是整機(jī)或系統(tǒng)使用單非常關(guān)心和重視的問(wèn)題。這是因?yàn)樯漕l連接器作為一種元件應(yīng)用在整機(jī)或系統(tǒng)中，它的可靠性直接影響或決定著整機(jī)或系統(tǒng)的可靠性。射頻連接器的可靠性與其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生程過(guò)程、生產(chǎn)工藝、選用的材料、質(zhì)量控制及其是否正確應(yīng)用有關(guān)，在這諸多因素中，當(dāng)推結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是首要的。它在產(chǎn)品的固有可靠性中起決定性作用。因此，在研制設(shè)計(jì)的每一階段，或在可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)中，都應(yīng)特別注意如何提高和保證該產(chǎn)品的固有可靠性和使用可靠性。

隨著時(shí)間的推移、科技的不斷發(fā)展，經(jīng)實(shí)踐的檢驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)積累，設(shè)計(jì)理論、測(cè)量技術(shù)也在不斷更新完善，早期設(shè)計(jì)的缺陷和局限性也會(huì)逐漸暴露出來(lái)，因此，需要采用新概念、新技術(shù)、新材料對(duì)老產(chǎn)品、老結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，采取措施提高產(chǎn)品的固有可靠性。

要提高射頻連接器的固有可靠性，必須遵循射頻連接器的基本設(shè)計(jì)原則和特點(diǎn)，在不降低它的電氣特性或者說(shuō)在保證其電氣特性不受影響的條件下，采取措施，進(jìn)行改進(jìn)。射頻連接器的失效表現(xiàn)形式和所有接插元件一樣多種多樣，但常見(jiàn)的主要失效形式是接觸件的接觸失效。針對(duì)射頻連接器在研制、試驗(yàn)和應(yīng)用過(guò)程中暴露出來(lái)的接觸失效形式，采取一些改進(jìn)措施，可以收到一定的效果。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施加輔助劑方面歸納起來(lái)這些措施有：加固法、校準(zhǔn)法、平衡法、涂敷潤(rùn)滑法和優(yōu)選法等。

圖1 Q9型射頻連接器（SJ 500）

圖2 BNC型射頻連接器（IEC 169-8）

2 措施

2.1 加固法

加固法是指在不影響射頻連接器的電氣特性（如電壓駐波比、插入損耗）條件下，針對(duì)射頻連接器的外導(dǎo)體或內(nèi)導(dǎo)體容易產(chǎn)生接觸失效的部位，采取增設(shè)加強(qiáng)筋、不開(kāi)槽或開(kāi)窄槽措施進(jìn)行加固，提高產(chǎn)生失效部位的剛性和機(jī)械強(qiáng)度，提高其接觸可靠性和機(jī)械壽命。

例1 Q9型射頻連接器（已廢型）和早期BNC型射頻連接器（界面結(jié)構(gòu)如圖1），在做振動(dòng)試驗(yàn)和機(jī)械壽命試驗(yàn)中，外導(dǎo)體端面彈性開(kāi)槽部位常出現(xiàn)扭曲、“飛片”現(xiàn)象，致使外導(dǎo)體接觸電阻成倍增大，形成失效。針對(duì)該種失效形式，采取加固措施，即在端部增設(shè)加強(qiáng)筋（界面結(jié)構(gòu)如圖2），如目前IEC168-8標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的BNC型射頻連接器。

為驗(yàn)證加固前后的效果，針對(duì)兩種不同的外導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，分別抽取按SJ 500-83標(biāo)準(zhǔn)加工的Q9-J5、Q9-KY5各4只和按IEC169-8標(biāo)準(zhǔn)加工的BNC-J5、BNC-KY5各4只和按IEC169-8標(biāo)準(zhǔn)加工的BNC-J5、BNC-KY5各4只在其他條件相同的情況下，由同組人員按每分鐘8-10次進(jìn)行插拔試驗(yàn)。每插拔100次，測(cè)試一次內(nèi)外導(dǎo)體的接觸電阻，共插拔2000次。對(duì)測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，接觸電阻隨插拔次數(shù)的變化曲線如圖3。

圖3 接觸電阻與插拔次數(shù)關(guān)系曲線

從試驗(yàn)結(jié)果看，兩種產(chǎn)品內(nèi)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類(lèi)同，接觸電阻隨插拔次數(shù)增加變化也類(lèi)同一致，接觸電阻的變化均不大，均能滿足部標(biāo)和IEC標(biāo)準(zhǔn)的要求，且有很大余量。兩種產(chǎn)品外導(dǎo)體的接觸電阻隨插拔次數(shù)的增加變化比較懸殊。Q9在500次內(nèi)，接觸電阻大于2.5mΩ,1000次內(nèi)，接觸電阻小于8mΩ,符合部標(biāo)，但不符合ICE標(biāo)準(zhǔn)；BNC在500次內(nèi)，接觸電阻小于2.5mΩ，在1000至2000次之內(nèi)仍小于8mΩ。可見(jiàn)采用加固后的產(chǎn)品可靠性明顯提高。

圖4 常規(guī)插孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

例2 在射頻連接器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，內(nèi)導(dǎo)體插孔通常設(shè)計(jì)成如圖4所示的結(jié)構(gòu)形式。在微小型射頻連接器使用過(guò)程中，如圖4結(jié)構(gòu)，往往會(huì)出現(xiàn)插孔受損、塌片、斷片等現(xiàn)象，造成接觸失效。而采用加固法，在滿足電氣特性的條件下，設(shè)計(jì)成如圖5的結(jié)構(gòu)形式，則可以大大減少插孔被插損壞所造成的接觸失效，提高產(chǎn)品的使用可靠性。

圖5 加固后插孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

2.2 校準(zhǔn)法

校準(zhǔn)法或稱(chēng)對(duì)準(zhǔn)法，是指在一些微小型射頻連接器的界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，采取縮短插針插配長(zhǎng)度和延長(zhǎng)螺紋軸向長(zhǎng)度，使連接器在連接過(guò)程中，連接器插頭和插座上的螺紋先接觸，讓插針與的插孔先對(duì)準(zhǔn)在一條直線上再接觸連接，從而避免插針在連接過(guò)程中插壞插孔、造成失效的一種措施（如圖6所示）。

圖6 對(duì)準(zhǔn)法示意圖

例如：SMA型連接器和APC-3.5型連接器在連接過(guò)程中，容易出現(xiàn)如圖7所示的插孔插壞現(xiàn)象。采用對(duì)準(zhǔn)法后，如2.92mm、K、1.85mm等型連接器，連接狀況如圖8所示，有效地避免了連接器在連接過(guò)程中插壞插孔造成失效的問(wèn)題。

圖7 SMA、APC-3.5型連接狀況

2.3 平衡法

平衡法是指在高低頻混裝連接器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)其中高頻接觸件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在滿足適用頻率范圍內(nèi)電氣特性（如電壓駐波比）的要求下，兼顧高低頻整體機(jī)械壽命，采取平衡措施，盡可能加強(qiáng)內(nèi)導(dǎo)體系統(tǒng)插孔的強(qiáng)度，提高高頻接觸件的固有可靠性。

圖8 2.92mm、K、1.85mm、V型連接狀況

由于在高低頻混裝連接器中，高頻接觸件外導(dǎo)體內(nèi)徑往往較小，按標(biāo)稱(chēng)阻抗50Ω或75Ω進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其內(nèi)導(dǎo)體系統(tǒng)的插孔很容易在接插過(guò)程中損壞；但在高低頻混裝連接器中，高頻接觸件適用頻率范圍往往要求很低，這樣則可舍其頻率高端的頻率特性，增大插孔外徑，提高其機(jī)械強(qiáng)度，以提高整件可靠性。

圖9 金屬鍍層厚度與針孔數(shù)關(guān)系

例如，在一高低頻混裝連接器中，高頻接觸件外導(dǎo)體內(nèi)徑最大可為φ3.1mm，按50Ω阻抗設(shè)計(jì)，則內(nèi)導(dǎo)體外徑為φ0.94mm，其截止頻率約為34GHz，但該產(chǎn)品使用頻率不到50MHz，按φ0.94設(shè)計(jì)插孔，則機(jī)械強(qiáng)度很差，常出現(xiàn)插壞插孔造成失效的現(xiàn)象；采用平衡措施，舍其頻率高端性能，加大插孔外徑，按φ1.4mm設(shè)計(jì)插孔，保證在0-0.5GHz頻率范圍內(nèi)，VSWR≤1.2，滿足了使用要求，大大提高了插孔強(qiáng)度，提高了使用可靠性。

2.4 涂敷潤(rùn)滑法

涂敷潤(rùn)滑法是指在射頻連接器接觸件的鍍層表面涂以涂敷劑或潤(rùn)滑劑，以提高接觸件的抗腐蝕性和耐磨性能，從而提高接觸件的接觸可靠性和機(jī)械壽命。

按電化學(xué)對(duì)金、銀、錫的腐蝕難易程度進(jìn)行排列，當(dāng)然是金最難以腐蝕，錫最易腐蝕。但從實(shí)際電鍍接點(diǎn)使用狀況看，情況恰恰相反，鍍金接點(diǎn)被腐蝕的最多，錫鍍層則腐蝕較少。原因是作為貴金屬的金鍍層往往很薄，而作為賤金屬的錫鍍層較厚。在一般電鍍質(zhì)量情況下，鍍層厚度與其針孔數(shù)量的關(guān)系曲線如圖9所示。鍍層薄，針孔數(shù)多，則易腐蝕；鍍層厚，腐蝕難。

為防止接觸件鍍金層薄、易腐蝕造成接觸失效，在接觸件鍍層表面，涂以涂敷劑或潤(rùn)滑劑，以減少針孔數(shù)量，提高耐腐蝕性和耐磨耗性，從而提高接觸可靠性。

為證實(shí)其涂敷效果，在高溫狀況下，將使用和不使用涂敷劑的同一種零件別置于SO2、H2S、HNO3氣氛下進(jìn)行暴對(duì)比試驗(yàn)，其結(jié)果如圖10和圖11所示。

 圖10未用涂敷劑的鍍金連接器氣體腐蝕試驗(yàn)圖

由圖可見(jiàn)，連接器均受到腐蝕氣體的影響，但涂敷和不涂敷影響相關(guān)差懸殊。未施涂敷劑的接觸電阻大幅度增大，SO2的影響尤其顯著。而施加涂敷劑后，接觸電阻的增加明顯被抑制，總的接觸電阻值在10mΩ以內(nèi)。可見(jiàn)在連接器鍍金接觸件的表面涂以涂敷劑對(duì)提高其耐腐蝕性是十分有效的。

圖11 使用涂敷劑的鍍金連接器氣體腐蝕試驗(yàn)

在接觸件鍍層表面涂敷潤(rùn)滑劑除可以提高抗腐蝕性之外，還可以提高插拔性能和耐磨耗性能，從而提高產(chǎn)品的機(jī)械壽命。

常用的涂敷劑和潤(rùn)滑劑有：油性電接觸表面潤(rùn)滑保護(hù)劑YJ-9201、YX-9202、DJB-823；脂狀電接觸表面潤(rùn)滑保護(hù)劑Z-9203；蠟性電接觸表面潤(rùn)滑保護(hù)劑LJ-9204、LY-9205、LX-9206；石蠟（CNH2N+2）。日本的牌號(hào)有C2000、C9050、C5500、C9312、C9300等。

2.5優(yōu)選法

優(yōu)選法是指在射頻連接器的連接機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，或者用戶在選用連接器時(shí)，要根據(jù)使用特點(diǎn)，優(yōu)選適用的連接機(jī)構(gòu)，避免因選用連接機(jī)構(gòu)不當(dāng)而引起接觸失效，從而提高使用可靠性。

常見(jiàn)的射頻連接器的連接機(jī)構(gòu)見(jiàn)表1，不同的連接機(jī)構(gòu)具有不同的適用條件和特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)使用特點(diǎn)選用適用的連接機(jī)構(gòu)。

3 結(jié)束語(yǔ)

以上列舉的幾項(xiàng)措施和舉例有的已體現(xiàn)在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的界面結(jié)構(gòu)中，有的是兩種結(jié)構(gòu)在同一型號(hào)產(chǎn)品中并存。作為提高產(chǎn)品固有可靠性的措施，以上所列不是僅有的和唯一的，設(shè)計(jì)者可根據(jù)產(chǎn)品接觸件出現(xiàn)的接觸失效形式進(jìn)行具體分析，采用有別于以上措施的方法進(jìn)行改進(jìn)，也可參照以上措施的一項(xiàng)或多項(xiàng)聯(lián)合應(yīng)用進(jìn)行改進(jìn)，以提高產(chǎn)品可靠性。當(dāng)已有結(jié)構(gòu)可滿足使用要求時(shí)，不必苛求改變結(jié)構(gòu)。

以上各項(xiàng)措施針對(duì)的不同失效形式，可作為設(shè)計(jì)者在最初設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)的參考，亦可作為連接器出現(xiàn)接觸失效時(shí)進(jìn)行失效分析、查找失效原因的線索，亦可在進(jìn)行可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)中采用。