NASA是如何解決測(cè)試壓接連接器這個(gè)大難題的？

纜線以及連接器都是最容易也最難測(cè)試的對(duì)象，而且通常是得同時(shí)進(jìn)行；一個(gè)處理RF、特別是幾十GHz信號(hào)的互連組件，測(cè)試起來會(huì)很棘手…為什么？因?yàn)樗袞|西都會(huì)影響性能，包括設(shè)定、測(cè)試儀器與設(shè)定、材質(zhì)、尺寸精度、彎曲、操作方式等等因素都會(huì)影響測(cè)試性能。

還有另一種常見的連結(jié)方案應(yīng)該比較容易檢測(cè)，也就是廣泛應(yīng)用的壓接連結(jié)(crimp)；原則上這種連結(jié)非常直接，因?yàn)檫B接器是用手動(dòng)或是電動(dòng)輔助的壓著鉗(crimper)擠壓到線路上，線路與連接器是以塑料(plastic)模式變形并緊密結(jié)合成一對(duì)，因此在電氣與機(jī)械上應(yīng)該都很堅(jiān)固。如果制作正確，壓接式互連的阻抗低、可靠，而且會(huì)有成本相當(dāng)?shù)偷母郊觾?yōu)點(diǎn)。

市面上有很多種類的壓接連接器，包括叉型與環(huán)形端子(如下圖)；但是根據(jù)筆者同事，EE Times/EDN資深技術(shù)編輯Martin Rowe的經(jīng)驗(yàn)，不良的壓接連接器會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱甚至起火。

市面上有很多形狀與尺寸的壓接連接器，可滿足不同應(yīng)用需求

矛盾的是，雖然壓接連結(jié)是肉眼完全可見，卻很難檢測(cè)；很多因素會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤，例如未均勻施加的壓接力道、線路未對(duì)齊、壓力太大(可能導(dǎo)致固態(tài)或標(biāo)準(zhǔn)線路出現(xiàn)微小的裂痕)、壓力太小(通常會(huì)導(dǎo)致因振動(dòng)而連接時(shí)斷時(shí)續(xù))…等等。

以拆解或是拉斷測(cè)試(pull-to-failure test)等方式來檢測(cè)壓接鏈接的質(zhì)量并不恰當(dāng)，因?yàn)樾枰茐倪B結(jié)本身；拆解只能用在樣品隨機(jī)測(cè)試或是用以驗(yàn)證設(shè)定。那么，該如何用快速又不具破壞性的方法來測(cè)試這些連結(jié)？它們都是系統(tǒng)的重要鏈接接口，可靠度是非常重要的。

為解決這個(gè)問題，美國(guó)太空總署(NASA)旗下的Langley研究中心提出的方案是用一種實(shí)時(shí)性超音波設(shè)備(如下圖)，以先進(jìn)的信號(hào)分析來判斷鏈接是否通過測(cè)試；該系統(tǒng)(現(xiàn)在可提供授權(quán))是在制作壓接連結(jié)時(shí)將一道聲波傳送進(jìn)去。

NASA開發(fā)了一種測(cè)試壓接連接器質(zhì)量的工具

根據(jù)NASA提供的資料，隨著施加的壓力提高以及壓接連結(jié)端點(diǎn)繞著線路變形，穿過鏈接的超音波波形也會(huì)跟著改變；該系統(tǒng)能分析信號(hào)的變化，包括振幅以及頻率等內(nèi)容，以做為判斷線路與連結(jié)端子之電氣與機(jī)械鏈接質(zhì)量的指針(如下圖)。

用超音波信號(hào)波形可輕松判斷壓接鏈接的質(zhì)量

NASA指出，不同的壓接鏈接質(zhì)量問題，例如壓接力道不足、線股遺漏、線路插入不完整、絕緣部分脫落，以及線路規(guī)格不正確等，都能用這種方法被測(cè)試出來。

這種精密且顯然有效的壓接連結(jié)測(cè)試方法不只容易使用，而且是能在連結(jié)制作過程中進(jìn)行，不是等到制作完成之后才測(cè)試；如果壓接連結(jié)有任何問題，操作者就能在必須以更具破壞性方法解決之前馬上停止動(dòng)作、找出錯(cuò)誤。如果連結(jié)通過測(cè)試，線路就能立即連到端點(diǎn)上，免除隨后處理纜線(通常是在龐大的線束中)的需要。

該超音波分析方法并非根據(jù)單一數(shù)字或是單一組數(shù)字，而是以累計(jì)數(shù)據(jù)來定義測(cè)試是否過關(guān)；舉例來說，其中一種方法是在壓接過程中量測(cè)施加于壓接連結(jié)一個(gè)或多個(gè)特定點(diǎn)之壓力，這其實(shí)是評(píng)估壓接過程中的次要部分，而非透過超音波波形看到壓接連結(jié)實(shí)際完整度。

筆者猜想，當(dāng)我們收集更多資料，就有能力做出尺寸更小、成本更低的量測(cè)設(shè)備(例如超音波收發(fā)器)，以及開發(fā)智能算法，催生更多這類測(cè)試方案。在很多情況下，只量測(cè)單一數(shù)字可能是不夠的，我們現(xiàn)在也有更多可以使用的強(qiáng)大工具。