射频连接器用开槽插孔的设计与制造

本文主要对射频同轴连接器用开槽插孔接触件的结构形式、常见的失效模式进行了简单论述；按悬臂梁对“指状”接触片进行建模分析，简单介绍了其强度设计步骤、开槽形式、简易收口方法所产生的缺陷以及应采用的合理的收口方法；介绍了开槽及收口等制造工艺环节中应注意的问题和方法。

在射频同轴连接器中，插孔接触件的结构形式多种多样，但在某些方面的要求是基本相同的，如：插入力和拔出力、接触电阻以及机械寿命符合相关标准的规定等。使用最多的还是开槽插孔接触件。产品系列、规格、使用条件不同，开槽插孔接触件的结构、规格(内、外径)、开槽数量、开槽宽度、开槽长度也不同。在结构上，开槽插孔接触件有直通形式、锥形补偿形式和“刷型”形式等：在规格上，不同系列的射频同轴连接器，其插孔接触件规格基本不同；在开槽数量上，有2槽、4槽、6槽、8槽，还有3槽及其它开槽数。

射频同轴连接器的品种很多，出现失效的状况也千差万别，但从可靠性的角度来看，很多失效的机理和模式是相同的。航天203所的吴秉钧老师进行了总结、归纳为：连接失效；反射失效；电接触失效；污染失效。而在射频同轴连接器的电接触失效中，开槽插孔接触件起着至关重要的作用，尤其是在微小型射频同轴连接器中，射频同轴连接器的电接触失效大多数是由开槽插孔接触件结构、材料、工艺方法等不当或不过关而损坏引起的。

在射频同轴连接器中，尤其是小型、微小型高性能微波连接器中，开槽插孔接触件的地位举足轻重，一方面，插孔接触件的结构、外径尺寸与外接触件、绝缘介质一起，决定着射频同轴连接器的工作频率范围、阻抗、反射等主要电气性能指标；另一方面，插孔接触件的结构、开槽数量、开槽长度，又决定着插入力和拔出力、接触电阻、机械寿命等性能。
 

开槽插孔接触件设计：渴望与实际

在确定插孔接触件时，渴望实现的最理想状态为：在与插针插合时，插拔平滑，对插针、插孔(镀层)损伤最小；与插针插合后，插针台阶面与插孔端面紧密接触、连续；插合后，插孔外径与插针柄部直径相同，阻抗连续、恒定。但在实际的设计、制造中，理想状态是很难或根本不可能实现的，例如，由于难免存在尺寸公差，插针台阶面与插孔端面紧密接触就很难实现，在实际设计时，为了避免插合时损坏开槽插孔接触件，往往故意留出间隙；同样由于尺寸公差的原因，插合后很难保证插孔外径与插针柄部直径相同，往往存在一定的锥度。因此在实际设计时，尺寸公差范围、锥度效应和开槽的影响等都是要考虑的因素。
 

在设计插孔接触件时，为了保证可靠性，重点关注以下几个方面：

(1)确保指状接触部分的强度足够，可以通过选用性能优良的材料、增大指状接触部分的厚度和减小开槽宽度等来实现。例如，最典型的标准SMA射频同轴连接器，其开槽插孔接触件的指状接触部分很薄(受结构尺寸所限)，强度较差，往往是失效的主要模式。

(2)注意设计和控制开槽的长度和数量。开槽的长度直接决定着模型中梁的长度;开槽的数量直接决定着梁的数量和梁的尺寸。

(3)设计插孔接触件必须满足射频同轴连接器的电气性能要求。

插孔接触件的制造

开槽插孔接触件通常选用弹性及强度较好的锡磷青铜或铍青铜合金线材或棒材制造。选用锡磷青铜合金时，工序包括：加工外圆和内孔、开槽、收口、预插、进行低温(175℃～185℃)稳定处理、电镀等;选用铍青铜合金时，插孔收口后要进行强化热处理(HV320～HV360)，才能充分发挥铍青铜材料的高弹性性能。

开槽

从电气性能来说，开槽宽度越小越有利于实现高的电气性能。但槽宽越小，加工难度越大，且开槽后的后处理(如去除毛刺)难度也越大，尤其是超小型连接器的插孔接触件。处理不好，往往是射频同轴连接器失效的原因之一。通常的方法是采用锯片刀开槽，随着刀具技术和设备技术的发展，开槽宽度逐渐减小到0.15mm、0.10mm，甚至更窄。在开槽过程中，应注意的问题是保证开槽的对称度、直线度，以及毛刺的控制和去除，否则会严重降低“指状”接触片的强度，降低射频同轴连接器的使用寿命。

由于插孔接触件通常用铍铜合金制造，在加工中容易产生毛刺，且难以去除，所以一些厂家采用电加工的方法进行加工。由于电加工对加工部位产生电化腐蚀，且内孔中残留的腐蚀物、冷却液等杂质不容易清除，往往会对后续的热处理、电镀(镀不上或附着力小易脱落)等产生不利影响。

收口

对于开槽插孔接触件，要采用机械方法将其“指状”接触片均匀地向中心收口，才能与插合的插针接触件之间产生符合规定的分离力(接触压力)。精密收口是产品性能的关键因素，直接决定其接触性能和可靠性。最佳的收口应是准确控制、形成椭圆形闭合，使插针、插孔接触表面平滑。插针必须在插入力较小的情况下插入，从而得到较好的电气性能和可靠性。

正确收口

为了消除简易收口方法引起的缺陷和隐患，应采用合理的收口装置和方法，使接触片的受力及变形均匀。建议根据应达到的收口后的直径，考虑弹性回弹等因素，设计制造圆锥形收口装置或在机床上旋转收口。

圆锥形收口装置的锥孔尺寸控制和插孔接触件的进入长度控制(针对不同类型的产品可通过多次试验积累得到)是非常重要的，直接决定着接触件的收口尺寸。当然圆锥形收口装置锥孔的表面应足够光滑，以免收口时损伤接触件表面。

插孔接触件的旋转速度、工具的轴向运动速度及径向进给速度、滚轮的质量是决定收口效果的主要因素。

在射频同轴连接器中，插孔接触件是非常关键的构件之一，直接决定着射频同轴连接器的机械性能、电气性能和可靠性。因此在设计时，应充分考虑其强度及结构：在制造过程中，尤其是在开槽、收口等关键过程中，应严格控制插孔接触件的加工和处理质量，以及精度。只有注意了这些因素，插孔接触件，乃至整个射频同轴连接器的固有可靠性才能得到保证和提高。