胶层非连续气泡对电连接器灌胶性能的影响分析

杨志云 刘虹 王舒丹 邱星园 张懋慧

上海空间电源研究所 上海 200245

引言

焊接型电连接器为了实现与导线的连接一般采取焊接的连接方式，连接焊点主要采用热缩套管热缩缩紧的措施，以保护不同焊点不发生短路或在导线弯曲时受到导线弯曲拉力的影响而造成焊点失效。当焊接的导线相对电连接器焊杯过小时，热缩套管则因收缩比例限制而无法同时收紧焊杯和导线，此时可以采取电连接器灌胶的方式，实现对焊点的保护[1]。然而，电连接器灌胶固化后，目测发现个别胶层存在若干非连续性的直径不大于2mm的气泡，一般情况下，如果出现有气泡情况，需要进行补胶处理[2]。然而经过大量试验，硅橡胶的胶层中出现气泡的现象始终无法消除，且无法修补。为此，本文对电连接器灌胶后胶层存在非连续气泡的现象进行研究，分析胶层非连续气泡对电连接器灌胶性能的影响，以此作为胶层存在非连续气泡的电连接器是否合格的依据。

1 研究背景

电连接器是一种电气连接插件，如接头、插头，即一种用于将两个有源器件连接在一起的装置，可以支持信号、电流的传输。在电连接器的安装中，人们通常会对其予以灌胶处理，而这种处理措施的主要作用是，待胶体凝固后，将连接器焊缝予以密封，由此防止水分进入到连接器中，造成短路，影响电流、信号的正常传输。在此背景下，该胶体部分必须具备足够的绝缘性能，而且应当耐高温、耐低压，由此才能避免对电流、信号的传输产生干扰。尤其是在绝缘方面，如果胶体的绝缘性能不足，很容易直接为线路造成损坏，影响电连接器的正常使用。但一般来说，胶体材质本身就具备足够的绝缘性，能够满足连接器的使用需求。而事实上，灌胶固化后，胶体材质中经常会出现一些非连续气泡，且这些气泡难以通过具体的操作手段予以消除，因此，大多数情况下，通过灌浆操作形成的电连接器焊点密封胶体，并不是100%的胶体，而是由胶体与气泡组成的，这使得胶体的绝缘性能状态存在一定的不确定性，因此，需要先验证存在非连续气泡的胶体的绝缘性能，是否可以满足连接器运行要求，如果可以满足，则将非连续气泡因素进行忽略，若不能满足，就需要对如何消除胶体中的非连续气泡予以深入分析，由此改善灌胶工艺，保证灌胶操作效果。为此，需要先对非连续气泡可能会带来的影响予以验证，确定其是否影响胶体的绝缘性能，为电连接器灌胶工艺的持续优化提供依据。

2 气泡胶层现象及成分

部分电连接器（本文以J599I/20FG75SHN为例说明）在灌硅橡胶并固化后，胶层存在明显的若干独立的气泡，具体如图1所示。这种胶层固体部分为硅橡胶，气泡部分为空气，因此电连接器的金属外壳与焊点之间、焊点与焊点之间是由硅橡胶和空气组成的混合体。

图1 胶层含有气泡的电连接器照片

3 灌胶的目的与检测方法分析

在生产过程中，电连接器灌胶目的一方面是为了保护电连接器焊点在尾部导线发生折弯时不会因导线折弯产生应力过大而发生断开的情况，另一方面为了进行隔离，防止意外发生金属外壳与接点、接点与接点之间的金属搭接而发生短路。虽然有报道提出了电连接器气密性的要求[3]，然而本文要解决的问题是灌胶代替热缩套管的问题，因此本文不再探讨气密性的影响。

针对电连接器的灌胶目的，我们可以采取相应的措施，对气泡胶层的性能进行评估。主要方法包括，一方面可以评估气泡胶层应力条件下的形变量，该方法采用普通的测试方法，难以表述清楚，为此进一步可以采取力学仿真形变量的方式进行评估；另一方面可以测试电连接器金属外壳对接点、接点对接点的绝缘性能，虽然可以明确分析气泡不会对绝缘性能造成影响，但为了更为严谨，本报告采用100V档绝缘电阻表测试气泡胶层的绝缘电阻值来直接评估其绝缘性能。

4 灌胶固化后胶层性能评估和测试

4.1 力学性能评估

在Ansys15.0系统中，按照结构静力计算[4]的内容，设置胶层的杨氏模量为7.8Mpa，泊松比0.47，对尺寸为Φ60×30的胶层的抗压性能进行静力学性能仿真，仿真对象无气泡的胶层（1#）和存在若干直径为2mm气泡胶层（2#），具体如图2所示，仿真主要考察胶层的力学条件下的形变量，仿真结果见图3。

图2 胶层结构图（1#左侧，2#右侧）

图3 胶层形变云图（1#左侧，2#右侧）

从图3可以看到，1#胶层形变较为均匀，最大形变量为1.6146mm，2#胶层形变由于气泡的存在，形变为非均匀状态，最大形变量为1.7018mm。对比两种胶层，2#胶层的形变量相比1#胶层增加了5.4%，因此气泡对应力条件下尺寸的变化并不明显。因此，2#胶层在保持导线尺寸稳定性的衰减不明显，仍然可以实现对电连接器焊点的保护。

4.2 绝缘性能分析和测试

由于硅橡胶材质为绝缘体，气泡也是绝缘体，因此可以理论分析，胶层存在气泡的电连接器的金属外壳与焊点之间、焊点与焊点之间均具有良好的绝缘性能。

用100V绝缘电阻表测量电连接器接点1、2、3、4点分别对外壳、电连接器接点1电对电连接器2、3、4点、电连接器2点对电连接器3、4点、电连接器3点对电连接器4电的绝缘性能，测试结果详见表1。

表1 绝缘测试结果表

从表1可以看到，内部存在气泡胶层的电连接器绝缘性能可以满足绝缘要求值。

5 讨论

根据上述结果，可以了解到，非连续气泡本身具有绝缘性质，因此，非连续气泡本身并不会对胶层的绝缘性能产生不可忽略的影响。但非连续气泡中的主要成分应当以空气为主，所以其中会存在一些水分和氧气，这对于焊点来说可能有受腐蚀的风险，但非连续气泡本身的体积较小，所携带的水分和氧气也比较少，所以总体来说，其所带来的腐蚀风险较小，同时，根据上述论述，其也不会影响胶体的绝缘性能。为此，在进行电连接器灌胶作业时，无需将非连续气泡生成控制作为工艺优化改善重点，并可以直接忽略非连续气泡的形成。

6 结束语

本文通过仿真评估了气泡胶层内应力情况和形变情况，通过绝缘电阻表测试了含有气泡胶层电连接器的绝缘性能，结果表明，胶层非连续气泡对电连接器灌胶性能的影响可以忽略不计，因此胶层含有非连续气泡，且直径不大于2mm时，该电连接器仍然为合格品。