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[技術(shù)資料] 半剛性電纜組件可靠性技術(shù)研究
P:2007-10-08 19:03:48
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摘 要：介紹用于相控陣?yán)走_(dá)的電纜組件，闡述了半剛性電纜組件的技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用，分析電纜組件的失效模式，找出影響可靠性的關(guān)鍵因素，并提出有效的措施，闡明了提高電纜組件可靠性的可行性和重要性。
關(guān)鍵詞：電纜組件；失效模式；相控陣?yán)走_(dá)
0 引言
自從相控陣?yán)走_(dá)問世以來，其新技術(shù)在雷達(dá)技術(shù)發(fā)展過程中占有很重要的位置，以T/R組件，子陣組件等為典型代表的微波組件是有源相控陣?yán)走_(dá)的核心部件，一個有源相控陣?yán)走_(dá)陣面由成千上萬個微波組件組成，這些組件之間的連接較多的采用半剛性電纜組件，半剛性電纜組件具有損耗小，輻射小，電磁兼容性好的特點(diǎn)，在整機(jī)設(shè)備中易布線，可在較高的頻率范圍內(nèi)工作等優(yōu)點(diǎn)，因此半剛性電纜組件的可靠性直接影響雷達(dá)的性能。
1 電纜組件的技術(shù)特點(diǎn)
半剛性同軸電纜結(jié)構(gòu)如圖1所示。大多數(shù)半剛性同軸電纜沒有外皮，其外導(dǎo)體多為無縫銅管，也有些為鋁合金管；絕緣層為聚四氟乙烯；內(nèi)導(dǎo)體為無氧銅線或鋼包銅線。
半剛性電纜較為特殊的結(jié)構(gòu)為我們帶來了許多難得的特性：無縫金屬管的外導(dǎo)體不易彎折，但易于定型，方便了機(jī)內(nèi)布線，且提供了非常好的屏蔽特性；高強(qiáng)度的外導(dǎo)體也很好地保證了內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸的穩(wěn)定性，使得半剛性同軸電纜易于制成高性能的電纜組件被相控陣?yán)走_(dá)廣泛使用。
2 電纜組件的失效模式
半剛性電纜組件的常見失效模式有以下幾種：內(nèi)導(dǎo)體脫落、外導(dǎo)體脫落、絕緣電阻太小或介質(zhì)耐壓差、信號不通或信號質(zhì)量差等。
其中絕緣電阻太小、介質(zhì)擊穿、芯線扭斷或信號不通不良的問題可以通過加強(qiáng)員工培訓(xùn)、優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)檢驗(yàn)及測試來控制改進(jìn)；使用中出現(xiàn)的過功率、安裝應(yīng)力過大及使用方法不正確等問題，與半剛性射頻同軸電纜組件的生產(chǎn)和使用雙方的信息溝通、產(chǎn)品使用的環(huán)境及使用空間位置均有很大的關(guān)系，通過生產(chǎn)和使用雙方的深層次溝通及控制改進(jìn)，可以在很大程度上避免和消除。
從電纜組件失效模式可以分析:影響其可靠性的關(guān)鍵在于電纜與連接器的連接方式及焊接，焊點(diǎn)問題因牽扯環(huán)節(jié)太多、缺乏檢驗(yàn)控制手段而較難解決。
3 電纜組件的設(shè)計(jì)改進(jìn)
3.1 選用合理的焊面
焊接面設(shè)計(jì)不合理，給焊接帶來一定困難或焊接面面積不足，在側(cè)面設(shè)計(jì)焊接孔可改善焊接面，在焊錫浸入側(cè)孔后，形成一對“錫柱”，在溫度沖擊等環(huán)境試驗(yàn)中可以分擔(dān)焊接面所承受應(yīng)力，增加焊接強(qiáng)度。外殼尾部焊接孔應(yīng)設(shè)計(jì)成倒角，電纜焊接深度應(yīng)不小于電纜外徑尺寸；焊接面不要做光潔度要求，只要不影響定位和同軸度結(jié)構(gòu)，適當(dāng)?shù)拇植诒砻婵纱蟠笤黾雍附用娣e，增加焊面的抗剪切的能力 。
3.2 嚴(yán)格控制容錫
設(shè)計(jì)時要嚴(yán)格控制容錫間隙在0.05與0.1之間，間隙過小會造成焊錫難以流入，焊接有效面積減��；間隙過大會造成焊接后同軸度難以保證、焊接時間加長等問題。
3.3 定位補(bǔ)償?shù)目紤]
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時若不考慮定位補(bǔ)償會造成焊接過程中內(nèi)外導(dǎo)體易偏離預(yù)定位置，從而增加焊接難度并導(dǎo)致電性能下降。
3.4 排氣及焊接狀態(tài)觀察機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
半剛性同軸電纜組件焊接時連接器內(nèi)氣體受熱膨脹外逸，會將焊縫處的焊料向外推，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)呐艢鈾C(jī)構(gòu)會使這一問題得到改善；另外，焊料是否已浸潤到預(yù)定位置，如果有一觀察機(jī)構(gòu)，會有效提高焊接的可檢驗(yàn)性。
3.5 選用合適的鍍層
連接器一般選擇可焊性好的鍍金或鍍?nèi)辖? 鍍銀可焊性也非常好，但銀易遷移且易氧化，一般不推薦使用。
半剛性電纜選擇鍍?nèi)辖鸹虿浑婂�，半剛性電纜外皮材料可焊性很好，只是清理表面氧化皮比較困難，鍍?nèi)辖鹗且环N很好的方法,也可用砂紙等去凈氧化皮后用酒精清洗干凈，也能得到很好的焊接強(qiáng)度。
3.6 選用優(yōu)質(zhì)焊料
焊料易采用63％含錫量的夾芯焊錫絲，表面應(yīng)無明顯氧化,此種焊料熔化溫度適中、焊接過程流動性好，且有一定的機(jī)械強(qiáng)度。
4 正確的使用方法
首先必須了解電纜組件連接器機(jī)械損壞力矩的大小，杜絕機(jī)械損壞的發(fā)生，其次要控制電纜組件的使用次數(shù)，對于螺紋連接的電纜組件若采用加大連接力矩的方法來達(dá)到防松的目的，必須嚴(yán)格控制連接力矩值的大小，否則影響其可靠性，采用恒力矩扳手使連接力矩遠(yuǎn)離損壞力矩，以提供可靠的防松性能和電性能，同時可以杜絕人為因素對電纜組件的損壞。
5 結(jié)束語
實(shí)驗(yàn)證明，通過電纜組件的設(shè)計(jì)改進(jìn)及規(guī)范使用，電纜組件的可靠性有了較大的提高，溫度交變次數(shù)成倍增加，滿足某相控陣?yán)走_(dá)的使用環(huán)境，為其它產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
關(guān)鍵詞：電纜組件；失效模式；相控陣?yán)走_(dá)
0 引言
自從相控陣?yán)走_(dá)問世以來，其新技術(shù)在雷達(dá)技術(shù)發(fā)展過程中占有很重要的位置，以T/R組件，子陣組件等為典型代表的微波組件是有源相控陣?yán)走_(dá)的核心部件，一個有源相控陣?yán)走_(dá)陣面由成千上萬個微波組件組成，這些組件之間的連接較多的采用半剛性電纜組件，半剛性電纜組件具有損耗小，輻射小，電磁兼容性好的特點(diǎn)，在整機(jī)設(shè)備中易布線，可在較高的頻率范圍內(nèi)工作等優(yōu)點(diǎn)，因此半剛性電纜組件的可靠性直接影響雷達(dá)的性能。
1 電纜組件的技術(shù)特點(diǎn)
半剛性同軸電纜結(jié)構(gòu)如圖1所示。大多數(shù)半剛性同軸電纜沒有外皮，其外導(dǎo)體多為無縫銅管，也有些為鋁合金管；絕緣層為聚四氟乙烯；內(nèi)導(dǎo)體為無氧銅線或鋼包銅線。
半剛性電纜較為特殊的結(jié)構(gòu)為我們帶來了許多難得的特性：無縫金屬管的外導(dǎo)體不易彎折，但易于定型，方便了機(jī)內(nèi)布線，且提供了非常好的屏蔽特性；高強(qiáng)度的外導(dǎo)體也很好地保證了內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸的穩(wěn)定性，使得半剛性同軸電纜易于制成高性能的電纜組件被相控陣?yán)走_(dá)廣泛使用。
2 電纜組件的失效模式
半剛性電纜組件的常見失效模式有以下幾種：內(nèi)導(dǎo)體脫落、外導(dǎo)體脫落、絕緣電阻太小或介質(zhì)耐壓差、信號不通或信號質(zhì)量差等。
其中絕緣電阻太小、介質(zhì)擊穿、芯線扭斷或信號不通不良的問題可以通過加強(qiáng)員工培訓(xùn)、優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)檢驗(yàn)及測試來控制改進(jìn)；使用中出現(xiàn)的過功率、安裝應(yīng)力過大及使用方法不正確等問題，與半剛性射頻同軸電纜組件的生產(chǎn)和使用雙方的信息溝通、產(chǎn)品使用的環(huán)境及使用空間位置均有很大的關(guān)系，通過生產(chǎn)和使用雙方的深層次溝通及控制改進(jìn)，可以在很大程度上避免和消除。
從電纜組件失效模式可以分析:影響其可靠性的關(guān)鍵在于電纜與連接器的連接方式及焊接，焊點(diǎn)問題因牽扯環(huán)節(jié)太多、缺乏檢驗(yàn)控制手段而較難解決。
3 電纜組件的設(shè)計(jì)改進(jìn)
3.1 選用合理的焊面
焊接面設(shè)計(jì)不合理，給焊接帶來一定困難或焊接面面積不足，在側(cè)面設(shè)計(jì)焊接孔可改善焊接面，在焊錫浸入側(cè)孔后，形成一對“錫柱”，在溫度沖擊等環(huán)境試驗(yàn)中可以分擔(dān)焊接面所承受應(yīng)力，增加焊接強(qiáng)度。外殼尾部焊接孔應(yīng)設(shè)計(jì)成倒角，電纜焊接深度應(yīng)不小于電纜外徑尺寸；焊接面不要做光潔度要求，只要不影響定位和同軸度結(jié)構(gòu)，適當(dāng)?shù)拇植诒砻婵纱蟠笤黾雍附用娣e，增加焊面的抗剪切的能力 。
3.2 嚴(yán)格控制容錫
設(shè)計(jì)時要嚴(yán)格控制容錫間隙在0.05與0.1之間，間隙過小會造成焊錫難以流入，焊接有效面積減��；間隙過大會造成焊接后同軸度難以保證、焊接時間加長等問題。
3.3 定位補(bǔ)償?shù)目紤]
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時若不考慮定位補(bǔ)償會造成焊接過程中內(nèi)外導(dǎo)體易偏離預(yù)定位置，從而增加焊接難度并導(dǎo)致電性能下降。
3.4 排氣及焊接狀態(tài)觀察機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
半剛性同軸電纜組件焊接時連接器內(nèi)氣體受熱膨脹外逸，會將焊縫處的焊料向外推，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)呐艢鈾C(jī)構(gòu)會使這一問題得到改善；另外，焊料是否已浸潤到預(yù)定位置，如果有一觀察機(jī)構(gòu)，會有效提高焊接的可檢驗(yàn)性。
3.5 選用合適的鍍層
連接器一般選擇可焊性好的鍍金或鍍?nèi)辖? 鍍銀可焊性也非常好，但銀易遷移且易氧化，一般不推薦使用。
半剛性電纜選擇鍍?nèi)辖鸹虿浑婂�，半剛性電纜外皮材料可焊性很好，只是清理表面氧化皮比較困難，鍍?nèi)辖鹗且环N很好的方法,也可用砂紙等去凈氧化皮后用酒精清洗干凈，也能得到很好的焊接強(qiáng)度。
3.6 選用優(yōu)質(zhì)焊料
焊料易采用63％含錫量的夾芯焊錫絲，表面應(yīng)無明顯氧化,此種焊料熔化溫度適中、焊接過程流動性好，且有一定的機(jī)械強(qiáng)度。
4 正確的使用方法
首先必須了解電纜組件連接器機(jī)械損壞力矩的大小，杜絕機(jī)械損壞的發(fā)生，其次要控制電纜組件的使用次數(shù)，對于螺紋連接的電纜組件若采用加大連接力矩的方法來達(dá)到防松的目的，必須嚴(yán)格控制連接力矩值的大小，否則影響其可靠性，采用恒力矩扳手使連接力矩遠(yuǎn)離損壞力矩，以提供可靠的防松性能和電性能，同時可以杜絕人為因素對電纜組件的損壞。
5 結(jié)束語
實(shí)驗(yàn)證明，通過電纜組件的設(shè)計(jì)改進(jìn)及規(guī)范使用，電纜組件的可靠性有了較大的提高，溫度交變次數(shù)成倍增加，滿足某相控陣?yán)走_(dá)的使用環(huán)境，為其它產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
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