防水電連接器設計

梁允魁

（富譽電子科技（淮安）有限公司，江蘇 淮安 223010）

0 引言

隨著工業快速發展，電連接器逐步應用到工業和室外環境中，市場上對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品應用到有水的工作環境中，在外界水作用下能夠保證產品的機械性能、電器性能。目前電連接器產品是由電源端子與塑料組裝而成，組裝之間間隙不可避免，因此在電連接器設計時，防水成為其設計工作中的難點之一。

1 防水等級要求

目前對電連接器的防水性能判斷主要依據IP防護等級，防水等級從IPX0-IPX8，其中IPx8是最高等級，目前市場上對電連接器防水要求基本都要達到IPX7標準，下面詳細介紹IP防水等級要求[1-2]。

等級0：產品對水的浸入沒有保護；等級1：滴水實驗裝置垂直滴下水滴在產品表面10分鐘，產品本身無影響；等級2：將產品傾斜15°，用滴水實驗裝置噴水10min，產品對垂直到15°的水滴不會受到影響；等級3：滴水裝置對垂直方向兩側60°以內噴水，產品對60°以內的水不會受到影響；等級4：產品作用在任何方向來的水10分鐘，產品無影響[3-4]；等級5：產品受到任何方向來的噴水最少3min，產品無影響；等級6：產品受到任何方向的強烈噴水，最少3min，產品無影響；等級7：產品作用于深1m的水中，沉沒30min，產品沒有水浸入；等級8：產品常時間作用于水中，產品仍可以使用，測試有廠商自行決定[5]。

2 防水電連接器設計

電連接器產品使用時，產品一般焊接在PCB主板上，主板固定在機殼內部，電連接器只有框口部分露在機殼外面供另一頭連接對插，這里指的防水是指水不能通過機殼開口處進水和水不能通過電連接框口內部進水，所以電連接器防水設計主要分兩個方面，一、產品與機殼之間的密封防水，此處防水主要采用密封墊圈。二、產品本體防水，主要采用貼膜、嵌件成型、點膠三種或者其中兩者混用，目前普遍采用嵌件成型、點膠，其中貼膜和嵌件成型只能滿足IPX4，電連接器產品要能實現IPX7防水，只能選擇點膠或嵌件成型＋點膠兩種方案。

2.1 機殼與產品之間防水

產品與機殼組裝配合之間存在間隙，外面的水會通過間隙滲透進去，所以產品與機殼之間通常采用密封圈進行密封，它是依靠密封件發生彈性變形，在密封接觸表面上產生接觸壓力，接觸壓力大于被密封介質的內壓，則產生密封。電連接器與機殼之間的密封是處于靜態的，所以密封圈的選擇主要是根據產品的實際制程。大部分電連接器中所用的密封圈是考慮它的耐熱性。常見密封圈橡膠圈性能參數如下。

聚氨脂橡膠：機械強度和耐磨性較好，但耐熱性和耐化學藥品性差，耐溫性-20℃～120℃；丁腈橡膠：耐磨性和耐油性好而且價格也便宜，但耐候性差，耐溫性-10℃～80℃；氯丁橡膠：機械強度、耐磨性和耐熱性等都較好，價格也便宜，耐溫性-35℃～100℃；乙丙橡膠：耐候性好，價格便宜，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：機械強度、耐磨性和耐熱性較好，但價格較貴，耐溫性-10℃～230℃；硅橡膠：耐熱性好，機械強度差，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較高，結合硅橡膠具有耐高溫，耐老化，高彈性，無毒無味的特點且有良好的電絕緣性等特點，因此電連接器制作過程中一般選擇硅橡膠。

2.2 產品本體防水

電連接器產品本體防水指的是水不能通過露在機殼外面的產品框口處進水，水進入到產品框口內部，再通過電源Pin與塑料槽之間的間隙進入到機殼內部。電連接器產品按照互配插拔形態可分為直立結構和彎角結構，直立式結構產品與PCB一面接觸，水只能通過產品的一面防水。對于彎角式產品，水可能由兩個面進入到機殼內部，所以要對兩面進行防水，防水相對困難，成本也比較高，后期產品量產也會有瓶頸，所以在產品設計的時候，無論是彎角式結構還是直立式結構盡量避免兩面防水，要做單面防水。目前本體防水可采用貼膜、嵌件成型、點膠三種，而現在防水等級要求高，大部分采用嵌件成型、點膠和嵌件成型和點膠組合三種，下面詳細介紹三種防水。

2.2.1 點膠防水

點膠是指用點膠機將流體的膠水直接點在連接器組裝的間隙處，經過一段時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。其中對于不同的產品在不同使用制程中，對于膠水的選擇是不同的，下面介紹電連接器產品在點膠時膠水的選擇：

膠水的封裝材料主要四大類型：環氧樹脂：粘結性能、耐化學性好，固化基本沒有揮發物釋放；硅樹脂：耐候性好，使用溫度高，電性能好；聚氨脂：粘結性能、柔韌性好；丙烯酸脂：暴露在紫外線或可見光下，10～20s內可固化。點膠的重要參數為粘稠度，根據不同點膠槽的間隙大小，選擇合適的粘稠度。設計產品時，結構要優化，即能保證氣密性又能保證不溢膠。在膠水的使用方面，要對點膠進行嚴格的管控，包括膠水的保存，取放，回溫，針頭大小與清洗頻率，走針路線，點膠的氣壓與周期，烘烤溫度與周期等。綜合相關性能如果要達到氣密性要求應首選硅膠膠水。

2.2.2 嵌件成型

嵌件成型是指在模具型腔內裝入預先準備的零件，然后合模進行塑料注射。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，開模后作為整體一起被頂出。電連接器產品，電源pin與塑料組裝，兩者之間存在不可避免的間隙，采用嵌件成型結構，將塑料與端子做成整體。塑料與端子封閉，避免之前插針式設計會造成端子與塑料間隙。

2.2.3 嵌件成型+點膠防水

一般嵌件成型的半成品還需要與其它進行組裝，組裝配合處存在間隙，此時需要防水就是嵌件成型+點膠防水混合使用，它就是指在嵌件成型半成品與其它零件組裝配合處點膠，使組裝無縫隙，達到防水。

3 防水測試

電連接器防水測試可根據防水測試規范，不同的IP等級要求選擇對應實驗測試方法。防水規范中防水測試完成后，產品需要晾干，由于這種防水測試由測試到晾干，單個產品測試時間比較長，或者有的產品會受潮在客戶端制程中會出現受熱起皺問題，所以產品量產中，此種防水測試方法不能滿足在線測試要求。但為了在線測試產品的防水質量，可通過水壓轉換氣壓測試進行測試，即產品氣密性測試。

氣密測試是指利用治具將產品密封住，壓縮空氣通過氣密性檢測儀進入到測試產品內部，氣密性檢測儀的傳感器實時感應氣體的變化，此種測試介質是空氣，是無損測試，而且測試不會對產品造成危害，操作簡單，測試過程快，適合廠內在線大量生產。

4 結論

目前電源連接器產品廣泛應用在室外和工業環境中，產品在使用中必須能承受一定的灰塵和水分，僅僅通過防護罩防塵和防水，并不能徹底解決問題，元器件本身必須防塵和防水，所以在產品設計初期連接器必須具備防水能力。產品開發時，需根據不同產品的不同應用場所，不同的防水要求，結合成品的制造成本，來挑選對應的防水設計。