梁允魁

（富譽(yù)電子科技（淮安）有限公司，江蘇 淮安 223010）

0 引言

隨著工業(yè)快速發(fā)展，電連接器逐步應(yīng)用到工業(yè)和室外環(huán)境中，市場(chǎng)上對(duì)電連接提出新的要求：電連接器必須具備一定的防水能力。防水電連接器是將產(chǎn)品應(yīng)用到有水的工作環(huán)境中，在外界水作用下能夠保證產(chǎn)品的機(jī)械性能、電器性能。目前電連接器產(chǎn)品是由電源端子與塑料組裝而成，組裝之間間隙不可避免，因此在電連接器設(shè)計(jì)時(shí)，防水成為其設(shè)計(jì)工作中的難點(diǎn)之一。

1 防水等級(jí)要求

目前對(duì)電連接器的防水性能判斷主要依據(jù)IP防護(hù)等級(jí)，防水等級(jí)從IPX0-IPX8，其中IPx8是最高等級(jí)，目前市場(chǎng)上對(duì)電連接器防水要求基本都要達(dá)到IPX7標(biāo)準(zhǔn)，下面詳細(xì)介紹IP防水等級(jí)要求[1-2]。

等級(jí)0：產(chǎn)品對(duì)水的浸入沒(méi)有保護(hù)；等級(jí)1：滴水實(shí)驗(yàn)裝置垂直滴下水滴在產(chǎn)品表面10分鐘，產(chǎn)品本身無(wú)影響；等級(jí)2：將產(chǎn)品傾斜15°，用滴水實(shí)驗(yàn)裝置噴水10min，產(chǎn)品對(duì)垂直到15°的水滴不會(huì)受到影響；等級(jí)3：滴水裝置對(duì)垂直方向兩側(cè)60°以?xún)?nèi)噴水，產(chǎn)品對(duì)60°以?xún)?nèi)的水不會(huì)受到影響；等級(jí)4：產(chǎn)品作用在任何方向來(lái)的水10分鐘，產(chǎn)品無(wú)影響[3-4]；等級(jí)5：產(chǎn)品受到任何方向來(lái)的噴水最少3min，產(chǎn)品無(wú)影響；等級(jí)6：產(chǎn)品受到任何方向的強(qiáng)烈噴水，最少3min，產(chǎn)品無(wú)影響；等級(jí)7：產(chǎn)品作用于深1m的水中，沉沒(méi)30min，產(chǎn)品沒(méi)有水浸入；等級(jí)8：產(chǎn)品常時(shí)間作用于水中，產(chǎn)品仍可以使用，測(cè)試有廠商自行決定[5]。

2 防水電連接器設(shè)計(jì)

電連接器產(chǎn)品使用時(shí)，產(chǎn)品一般焊接在PCB主板上，主板固定在機(jī)殼內(nèi)部，電連接器只有框口部分露在機(jī)殼外面供另一頭連接對(duì)插，這里指的防水是指水不能通過(guò)機(jī)殼開(kāi)口處進(jìn)水和水不能通過(guò)電連接框口內(nèi)部進(jìn)水，所以電連接器防水設(shè)計(jì)主要分兩個(gè)方面，一、產(chǎn)品與機(jī)殼之間的密封防水，此處防水主要采用密封墊圈。二、產(chǎn)品本體防水，主要采用貼膜、嵌件成型、點(diǎn)膠三種或者其中兩者混用，目前普遍采用嵌件成型、點(diǎn)膠，其中貼膜和嵌件成型只能滿足IPX4，電連接器產(chǎn)品要能實(shí)現(xiàn)IPX7防水，只能選擇點(diǎn)膠或嵌件成型＋點(diǎn)膠兩種方案。

2.1 機(jī)殼與產(chǎn)品之間防水

產(chǎn)品與機(jī)殼組裝配合之間存在間隙，外面的水會(huì)通過(guò)間隙滲透進(jìn)去，所以產(chǎn)品與機(jī)殼之間通常采用密封圈進(jìn)行密封，它是依靠密封件發(fā)生彈性變形，在密封接觸表面上產(chǎn)生接觸壓力，接觸壓力大于被密封介質(zhì)的內(nèi)壓，則產(chǎn)生密封。電連接器與機(jī)殼之間的密封是處于靜態(tài)的，所以密封圈的選擇主要是根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際制程。大部分電連接器中所用的密封圈是考慮它的耐熱性。常見(jiàn)密封圈橡膠圈性能參數(shù)如下。

聚氨脂橡膠：機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性較好，但耐熱性和耐化學(xué)藥品性差，耐溫性-20℃～120℃；丁腈橡膠：耐磨性和耐油性好而且價(jià)格也便宜，但耐候性差，耐溫性-10℃～80℃；氯丁橡膠：機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性和耐熱性等都較好，價(jià)格也便宜，耐溫性-35℃～100℃；乙丙橡膠：耐候性好，價(jià)格便宜，但耐油和耐熱性差，耐溫性-40℃～120℃；異丁橡膠：耐候性和耐熱性好，但耐油性和耐燃性差，耐溫性-30℃～120℃；氟橡膠：機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性和耐熱性較好，但價(jià)格較貴，耐溫性-10℃～230℃；硅橡膠：耐熱性好，機(jī)械強(qiáng)度差，耐溫性-70℃～200℃；低彈性橡膠：沖壓吸收性好，耐熱性和耐寒性差，耐溫性10℃～60℃。目前電連接器制程溫度相對(duì)較高，結(jié)合硅橡膠具有耐高溫，耐老化，高彈性，無(wú)毒無(wú)味的特點(diǎn)且有良好的電絕緣性等特點(diǎn)，因此電連接器制作過(guò)程中一般選擇硅橡膠。

2.2 產(chǎn)品本體防水

電連接器產(chǎn)品本體防水指的是水不能通過(guò)露在機(jī)殼外面的產(chǎn)品框口處進(jìn)水，水進(jìn)入到產(chǎn)品框口內(nèi)部，再通過(guò)電源Pin與塑料槽之間的間隙進(jìn)入到機(jī)殼內(nèi)部。電連接器產(chǎn)品按照互配插拔形態(tài)可分為直立結(jié)構(gòu)和彎角結(jié)構(gòu)，直立式結(jié)構(gòu)產(chǎn)品與PCB一面接觸，水只能通過(guò)產(chǎn)品的一面防水。對(duì)于彎角式產(chǎn)品，水可能由兩個(gè)面進(jìn)入到機(jī)殼內(nèi)部，所以要對(duì)兩面進(jìn)行防水，防水相對(duì)困難，成本也比較高，后期產(chǎn)品量產(chǎn)也會(huì)有瓶頸，所以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)候，無(wú)論是彎角式結(jié)構(gòu)還是直立式結(jié)構(gòu)盡量避免兩面防水，要做單面防水。目前本體防水可采用貼膜、嵌件成型、點(diǎn)膠三種，而現(xiàn)在防水等級(jí)要求高，大部分采用嵌件成型、點(diǎn)膠和嵌件成型和點(diǎn)膠組合三種，下面詳細(xì)介紹三種防水。

2.2.1 點(diǎn)膠防水

點(diǎn)膠是指用點(diǎn)膠機(jī)將流體的膠水直接點(diǎn)在連接器組裝的間隙處，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的自然固化或者烘烤固化，在連接器間隙出形成防水密封層，防水密封作用。其中對(duì)于不同的產(chǎn)品在不同使用制程中，對(duì)于膠水的選擇是不同的，下面介紹電連接器產(chǎn)品在點(diǎn)膠時(shí)膠水的選擇：

膠水的封裝材料主要四大類(lèi)型：環(huán)氧樹(shù)脂：粘結(jié)性能、耐化學(xué)性好，固化基本沒(méi)有揮發(fā)物釋放；硅樹(shù)脂：耐候性好，使用溫度高，電性能好；聚氨脂：粘結(jié)性能、柔韌性好；丙烯酸脂：暴露在紫外線或可見(jiàn)光下，10～20s內(nèi)可固化。點(diǎn)膠的重要參數(shù)為粘稠度，根據(jù)不同點(diǎn)膠槽的間隙大小，選擇合適的粘稠度。設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，結(jié)構(gòu)要優(yōu)化，即能保證氣密性又能保證不溢膠。在膠水的使用方面，要對(duì)點(diǎn)膠進(jìn)行嚴(yán)格的管控，包括膠水的保存，取放，回溫，針頭大小與清洗頻率，走針路線，點(diǎn)膠的氣壓與周期，烘烤溫度與周期等。綜合相關(guān)性能如果要達(dá)到氣密性要求應(yīng)首選硅膠膠水。

2.2.2 嵌件成型

嵌件成型是指在模具型腔內(nèi)裝入預(yù)先準(zhǔn)備的零件，然后合模進(jìn)行塑料注射。燒融的塑料材料充滿零件以外的型腔空間，凝固后和零件承成為一體，開(kāi)模后作為整體一起被頂出。電連接器產(chǎn)品，電源pin與塑料組裝，兩者之間存在不可避免的間隙，采用嵌件成型結(jié)構(gòu)，將塑料與端子做成整體。塑料與端子封閉，避免之前插針式設(shè)計(jì)會(huì)造成端子與塑料間隙。

2.2.3 嵌件成型+點(diǎn)膠防水

一般嵌件成型的半成品還需要與其它進(jìn)行組裝，組裝配合處存在間隙，此時(shí)需要防水就是嵌件成型+點(diǎn)膠防水混合使用，它就是指在嵌件成型半成品與其它零件組裝配合處點(diǎn)膠，使組裝無(wú)縫隙，達(dá)到防水。

3 防水測(cè)試

電連接器防水測(cè)試可根據(jù)防水測(cè)試規(guī)范，不同的IP等級(jí)要求選擇對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法。防水規(guī)范中防水測(cè)試完成后，產(chǎn)品需要晾干，由于這種防水測(cè)試由測(cè)試到晾干，單個(gè)產(chǎn)品測(cè)試時(shí)間比較長(zhǎng)，或者有的產(chǎn)品會(huì)受潮在客戶(hù)端制程中會(huì)出現(xiàn)受熱起皺問(wèn)題，所以產(chǎn)品量產(chǎn)中，此種防水測(cè)試方法不能滿足在線測(cè)試要求。但為了在線測(cè)試產(chǎn)品的防水質(zhì)量，可通過(guò)水壓轉(zhuǎn)換氣壓測(cè)試進(jìn)行測(cè)試，即產(chǎn)品氣密性測(cè)試。

氣密測(cè)試是指利用治具將產(chǎn)品密封住，壓縮空氣通過(guò)氣密性檢測(cè)儀進(jìn)入到測(cè)試產(chǎn)品內(nèi)部，氣密性檢測(cè)儀的傳感器實(shí)時(shí)感應(yīng)氣體的變化，此種測(cè)試介質(zhì)是空氣，是無(wú)損測(cè)試，而且測(cè)試不會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成危害，操作簡(jiǎn)單，測(cè)試過(guò)程快，適合廠內(nèi)在線大量生產(chǎn)。

4 結(jié)論

目前電源連接器產(chǎn)品廣泛應(yīng)用在室外和工業(yè)環(huán)境中，產(chǎn)品在使用中必須能承受一定的灰塵和水分，僅僅通過(guò)防護(hù)罩防塵和防水，并不能徹底解決問(wèn)題，元器件本身必須防塵和防水，所以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期連接器必須具備防水能力。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)，需根據(jù)不同產(chǎn)品的不同應(yīng)用場(chǎng)所，不同的防水要求，結(jié)合成品的制造成本，來(lái)挑選對(duì)應(yīng)的防水設(shè)計(jì)。