連接器退化機理對連接器的性能非常重要,保證相關產品的性能非常重要。
連接器用于連接兩個分離系統。可分離性的原因很多,從制造的便利性到性能的提高。然而,當匹配時,連接器不應增加系統之間任何不必要的電阻值。增加電阻值可能導致信號失真或功率損失,導致系統故障。連接器退化機理之所以重要,是因為它們是電阻增加的潛在來源。因此,隨著時間的推移,功能失效。
為便于討論,讓我們假設所測總電阻值Ro為15毫歐。考慮到這一假設,我們猜測永久連接電阻、體電阻和可分離接觸電阻對整個連接器電阻的相對影響。
例如,這些值是典型的軟殼式連接器的電阻值,體電阻占總電阻的大部分,接近14毫歐。永久連接電阻為數百微歐姆,其他為可分離接觸電阻。
雖然連接器觸點的體電阻是連接器電阻的最大貢獻者,但也是最穩定的。單個觸點的體電阻由觸點的制造材料及其整體幾何形狀決定。
永久連接電阻和接口或可分離連接電阻可變。這些電阻容易受到各種退化機制的影響。需要指出的是,連接器受到很多影響,如惡劣環境、熱量、壽命、振動等。而且總連接器的電阻可能會從15毫歐變為100毫歐,主要出現在可分離和永久連接電阻中。可分離界面電阻最容易退化,因為它在可分離處產生力和變形。
簡而言之,兩個主要的可分離界面需要一定的力和變形。連接器的咬合力是第一個也是最明顯的要求。對于高PIN數連接器,必須控制單個PIN位的咬合力,接觸法向力是受此要求限制的主要參數之一。舉例來說,可分離的連接接觸力是幾十到幾百克,而絕緣壓接連接,或IDC,力的數量級是幾千克,相應的壓入連接的力也是如此。這種永久連接的高力提供了更大的機械穩定性和更低的電阻值,遠低于可分離連接的電阻值。
同樣,與可分離連接相比,更高的永久連接力允許接觸面變形更大。壓接連接是最明顯的例子,如壓接端子的明顯變形和單個導體的明顯變形。壓接力和相應的PIN腳都允許更大的變形接觸表面。與高力一樣,與可分離的接觸電阻相比,永久連接的大表面變形降低了電阻。
可分離連接面的變形也受到另一種可分離界面要求的限制:耐久性。高表面變形通常會導致高表面磨損,從而導致接觸涂層的損失,如接觸表面的金或錫。這種涂層的損失會增加接觸面的腐蝕敏感性,這將在以后的文章中討論。
與永久連接相比,可分離接口咬合力和咬合耐久性的結合限制了可分離界面的變形和機械穩定性,也是可分離界面電穩定性低的原因。
一般來說,兩個表面之間的接觸面積越大,界面的電阻越低。事實上,對于導體長度的電阻,兩個表面之間的接觸面積與方程Rcond.=rl/a相似。由于可分離連接的接觸面積低于永久連接,因此具有較高的電阻。
總之,與永久連接相比,可分離連接的力降低導致機械穩定性降低,接觸面積降低導致電阻更高。
這些問題,即接觸力和接觸面積的減小,直接影響可分離接觸界面的退化敏感性。而通過各種方法增加接觸面積可以降低收縮電阻,但不能消除。所以連接器總是會給電氣系統增加一些電阻值。從這個角度來看,連接器設計的首要目標是控制電阻的大小和穩定性。
連接器失效的因素是什么?
如前所述,界面電阻的大小取決于插頭和插座觸點相互接觸時產生的接觸區域。
1.在接觸界面及其周圍發生腐蝕,從而減少接觸面積。腐蝕機理有兩種:表面腐蝕直接影響接觸面積;誘導或微動可以提高接觸界面對腐蝕的敏感性。
2.由于電鍍不足或電鍍磨損,接觸電鍍的完整性喪失,從而增加了腐蝕的敏感性。大部分連接器的接觸點都是鍍有貴金屬的表層,比如金;或者普通電鍍表面,一般是錫。這些涂層的主要目的之一是保護接觸基體(通常是銅合金)免受腐蝕。貴金屬和非貴金屬的腐蝕敏感性不同,后面會分別討論。
3.接觸力損失導致機械穩定性降低,接觸界面容易受到微動的影響。導致連接器接觸力下降的主要機制是接觸應力過大和應力松弛。由于時間/溫度的影響,應力松弛是指接觸力隨時間的變化而損失。