电连接器作为电气系统的关键部位，其质量的好坏直接关系到电气系统能否安全稳定的运行。本文具体介绍了电连接器的3大基本组成结构和作用；重点叙述了电连接器按外形结构和连接方式的2种分类，同时归类分析了电连接器的4种典型失效模式及主要原因，并针对电连接器目前的研究现状，提出了3条合理的建议和展望。

电连接器是电子设备中重要的元器件之一，起着连接或断开电路的作用，与人体的神经系统和血液系统类似，主要起电信号传输控制和设备间的电气连接作用，被广泛应用于航天航空、舰载船舶、电子通信装备、兵器装备、汽车以及医疗等军、民品行业的各个领域。电连接器性能的好坏成为整个系统安全运行的关键，据资料统计显示，在各种电气系统的失效和故障中，70%的失效是由元器件引起的，其中由电连接器直接或间接导致的失效占40%左右。然而应用于我国海洋环境中的航空航天、舰载船舶等装备通常受海洋主要环境因素温度、湿度、盐雾、太阳辐射和诱发环境因素振动等环境因素的影响较大，面临的环境异常恶劣，长期处于该环境中装备的电连接器容易出现各类复杂的问题，这就要求电连接器应具有更好的耐环境性和可靠性。为了提升装备中电连接器在我国海洋环境中服役的适应性，需进一步加强对电连接器的基础研究，本文根据电连接器目前的现状介绍了电连接器的基本组成和分类方式，结合其基本结构梳理了电连接器常见的典型失效模式及主要原因，由此简略分析了我国电连接器的研究现状，并针对性提出了合理的建议和展望。

电连接器的结构及其作用

常用的电连接器一般由三大部分组成，主要包括：壳体、绝缘体和接触体，图1给出了常用电连接器的结构示意图。

图1 电连接器结构示意图

01.壳体

电连接器壳体主要由接触体的外壳、连接螺帽和附件等组成，其中外壳内部通常带有键槽，在插合过程中起定位作用。我们日常所见的电连接器壳体材料一般有铝合金、不锈钢、复合材料镀层以及钛合金等，同时壳体材料一般均带有不同的工艺，例如涂镀层、阳极氧化、钝化。常见的外壳工艺有铝合金镀军绿镉、铝合金阳极氧化、不锈钢钝化、复合材料镀镍等，见图2。电连接器壳体主要发挥两项作用，一是尽可能保护电连接器的内部零件如绝缘体、接触体等不受外界气候环境的腐蚀破坏，同时又能承受因外界诱发环境如振动和冲击等引起的损伤；二是为了实现电连接器良好的电磁屏蔽性和耐环境腐蚀的能力，因此电连接器壳体上一般带有镀层和材料处理工艺。

图2 常见的电连接器壳体

02.绝缘体

由插针、插孔四周的绝缘材料、界面灌封材料、封线体等组成，绝缘体普遍使用塑料和橡胶等有机高分子材料组成，具有很大的电阻系数。不仅可以对插针和插孔进行定位、支撑以及防护，同时还起到了接触体与壳体之间以及接触体之间充分的隔离作用，保证了电连接器良好的绝缘和耐电压等性能。

03.接触体

插孔和插针均统称为接触体。两者通过相互接触实现电路连接。军用电连接器的插针、插孔的基材多为铜合金，其表面经过镀镍后再喷金，在实际应用过程中镍合金中间层可有效阻止基底铜合金与表面喷金层之间的扩散，基底铜也可以起到良好导电的作用，接触电阻相对较低。表面喷金层在尽可能不影响接触电阻的情况下，进一步防止接触体在使用环境中被腐蚀和氧化，以此提高电连接器的耐环境性能。研究表明，喷金层的孔隙率这一关键指标，将直接关系到插针插孔的防护性能好坏，而插针插孔作为电连接器的关键组件，对整个电连接器发挥着决定性影响[7]。统计目前电连接器的应用数据可知，圆柱形插针和圆筒形插孔的应用最为广泛，其结构见图3所示。

图3 圆形接触体结构图

电连接器的典型分类方式

电连接器分类方式有很多种，常按外形、连接方式、工作频率、接触体端接形式、环境保护、用途等分为不同类型的电连接器，本文列举了电连接器最为常见的两种分类方式：

一是按电连接器的外形结构，根据其横截面分为两种，即圆形电连接器和矩形电连接器。圆形连接器是目前用军用电连接器中使用量最多的一种电连接器，该种电连接器也因材料便于加工、形成结构牢固、适合各种规格的线缆、连接方便且快速，同时还可根据不同环境的严酷程度设计成需要的形式等诸多特点，被广泛应用于航天航空、兵器装备和电子装备等各类军用装备。

二是按电连接器的连接方式来进行分类，常见的电连接器的连接方式有螺纹、卡口、推拉式、卡锁和直插式连接5种。其中较为常用的螺纹连接电连接器，具有连接可靠性高，适用于长期处于强振动环境的优点，然而在使用中也暴露出插合分离速度慢，连接不方便，在极端环境中多次使用后容易出现卡死和插合后难以分离的缺点。卡口连接电连接器因本身的连接环可实现120°的大角度转动，其插合分离较快速且方便，故又别名为快速分离电连接器。研究显示，不同连接方式的电连接器其壳体的密封性有所差异，这将一定程度上影响电连接器在使用环境的中的可靠性和适应性。

电连接器常见失效模式及其主要原因

电连接器常见的失效有多种模式，具体表现形式有接触不良、信号瞬断、绝缘耐压降低、短路和断路等。早在1964年美国某公司就通过应力分析开展了电连接器的失效模式研究，国内学者杨奋为、陈文华和骆燕燕等人从上世纪开始专注于电连接器失效模式和失效原因的研究与分析，其中将电连接器的失效模式分为了接触失效、绝缘失效、机械失效和其他失效，实践已表明通过加强对电连接器制造和安装等方面的改善，可尽量减少电连接器使用中出现的绝缘失效和机械失效，统计电连接器的各种失效模式占比见图4。

接触失效：45%；绝缘失效22%；机械失效20%；其他失效13%

图4 电连接器失效类型及其占比

01.接触失效

接触失效是电连接器的主要失效模式，通常表现为通电工作过程中的接触瞬断、电气性能中接触电阻增大、插针和插孔的导通性变差等形式。根据李晓媛、刘向禹和陈文华的研究，引起接触失效的原因主要可归结为一是接触体之间的接触压力不足产生的接触电阻增大，电连接器接触电阻随接触压力变化规律见图5；二是振动等因素引起的瞬间接触不良，使得电连接器在电信号传输过程出现接触瞬断；三是接触体表面的镀层磨损或严重受力出现弯针效应等造成导通性变差；四是接触体自身的材料结构和性能以及接触过程中的杂物和贮存使用环境等因素均会引起电连接器的接触失效。

图5 电连接器的电阻随接触压力变化规律

02.绝缘失效

绝缘失效出现的频率仅次于接触失效，绝缘失效主要为短路、漏电、击穿和绝缘耐压性能的降低，其中绝缘电阻的降低具体为电连接器同侧接触件之间的绝缘电阻或任意接触件与金属壳体之间的绝缘电阻。相关研究均表明绝缘体表面附着的灰尘和杂质、绝缘材料（塑料或橡胶等）受潮湿环境和温度冲击影响出现吸湿、长霉、老化这些现象，皆有可能引起电连接器的出现绝缘不良。

03.机械失效

电连接器出现机械失效的占比略低于绝缘失效，把电连接器因壳体损坏、配合尺寸超差、固定不良等引起连锁反应统称为机械失效。壳体插头插座的螺纹连接卡紧卡死、连接螺纹损伤、壳体腐蚀引起的镀层脱落、定位锁紧部位的几何形状和尺寸发生变化、绝缘材料差的机械强度造成电连接器解体以及不合格固定造成插针插孔的非正常分离等现象均为机械失效。

04.其他失效

其他失效主要是人为误用和其它原因引起的失效。例如人为操作不合理定位键未找准；强行插入或误插导致电连接器的插针损坏；操作不当引起的电缆引线断裂等。

电连接器的研究现状

目前国内开展电连接器的研究主要以研究院/所和高校为主。研究集中于中国航天科技集团九院八二五厂、上海航天技术研究院808所、北京航空综合技术研究所301等研究所以及由北京邮电大学、浙江大学、东北大学、海军航空大学和浙江理工大学等组成的高校团队，并针对电连接器开展了基本结构和试验标准、失效模式和失效机理、可靠性试验方法与验证、数据建模和仿真优化、性能退化和贮存寿命、插拔和环境模拟实验等方面的研究。

电连接器的影响因素复杂，目前的研究也逐渐趋于多样化。其中杨奋为等人早在上世纪90年代就提出了航天电连接器常见的失效模式和机理分析；任国泰就电连接器的基本知识及相关试验标准做了详细阐述；陈文华及其学生钱萍等人20多年的研究中不仅分析了综合环境应力和插拔对电连接器接触性能和贮存寿命的影响，而且针对电连接器的性能退化建立了电接触模型和接触寿命模型，同时还提出了电连接器加速模拟试验方案和寿命评估；任万滨等人研发了电连接器的综合特性参数测试分析系统，并由此建立了插拔力和接触电阻之间的模型；王东伟等人针对电连接器的失效机理微动磨损，从试验、影响因素、建模仿真等方面进行了分析；郁大照等人针对海军飞机典型电连接器接触件进行有限元仿真，研究电连接器性能退化规律；王玲等人分析了热带海洋大气环境下电连接器的环境适应性，不同壳体的耐腐蚀情况和电气性能的影响分析。另一方面针对电连接器的试验方法，1991年国内在参考和翻译美军标MIL-STD-1334A的基础上，形成并颁布了GJB1217-91《电连接器试验方法》，随后历经十多年，2009年修订并形成了GJB1217A版本，这也是我国军用电连接器试验方法标准中最权威的标准之一。

围绕环境应力特别是综合环境应力引起的电连接器的失效问题一直是研究的重点。美国Hughes 航空公司研究了电子产品失效与使用环境中各种环境应力的关系，见图6。在各种环境应力中，温度和振动所引起电子产品的失效分别达到了40%和28%左右，湿度引起的失效占18%，温度、湿度和振动三种环境应力引起的失效在所有失效因素中占主导，高达86%。与国外的研究结果相符，国内电连接器的相关研究也表明，温度和振动对电连接器的影响最大，针对温度和振动对电连接器的研究也最为广泛和深入。环境应力对电连接器壳体产生腐蚀破坏的同时亦会对其内部结构例如接触体、绝缘材料等产生影响，使得电连接器的电气性能接触电阻和绝缘耐压退化，在复杂的环境应力作用下其环境适应性降低，最终造成了电连接器的失效。

图6 电子产品失效与环境应力的关系

总结与展望

综上所述，我国对电连接器的研究虽取得了一定的研究成果，同时其研究也实现了延续性和扩展性，但由于影响电连接器的因素非常复杂，后续需进一步加强对电连接器的研究。提出了以下几点展望，以期共勉。

（1）受国外保密工作和国际关系以及自身研究限制的影响，为加强电连接器在服役环境中的可靠性和适应性，在最大限度借鉴国外先进水平和充分发挥国内自主创新的基础上，可进一步提升电连接器结构优化设计，改善材料和工艺。

（2）目前国内电连接器积累的研究数据依然相对较少，且多数停留在单因素应力作用下的研究，为适应电连接器多环境应力的发展需求，应尽可能开展电连接器多因素应力综合研究分析，丰富多应力下电连接器的可靠性研究理论和方法。

（3）电连接器的大气自然环境效应试验周期长且数据积累不易，鉴于目前开展电连接器环境适应性的研究较少，为往后电连接器的失效研究提供基础数据支撑，有必要将电连接器环境适应性研究作为一项长期可持续的项目。

引用本文：

李茜，李景育，陈星昊，李念林，佘祖新，王玲.电连接器的概述和研究现状分析[J].环境技术，2021，234(06):115-119.

专家简介：李茜，女，工程师，主要研究方向：环境试验及腐蚀防护研究。