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电子产品接触不良问题——以连接器为例

返回列表来源:欧科瑞 发布日期 2018-10-22 浏览:-

电子产品中的接触不良,有元器件自身内部的接触不良,也有元器件互连时的接触不良,也有虚焊(一般为组件与PCB)产生的不良。下面以最常见的连接器之间的接触为实例分析接触不良问题。


连接器一般是针接触件和孔接触件之间的连接。元器件的引脚或端子,一般是有一层镀层,比如镀铅锡合金、镀纯锡、镀镍、镀银、镀银钯合金、镀金等。所以组件之间的接触,其实就是这些镀层金属之间的接触。


当然,不同的镀层金属的导电率是不同的,对应产生的接触电阻也有所不同。一般金的导电率比较好,银次之。在焊接工艺时,由于焊接实际上是形成合金的过程,这个合金本身就是良导体,所以焊接本身的可靠性是比较高的,除非是焊接不良。但是,连接器之间的连接,靠的是表面之间的接触,所以容易导致接触不良,更具体的原因分析如下。


两个金属表面之间的接触是否良好,主要取决于材料(不同金属导电率不同)、接触压力、实际接触面积。关于材料种类,上面已经提到了,一般器件的镀层材料,基本上都是由良导体做的,对接触不良的影响不大。


关于连接器的接触压力,连接器靠的是孔接触件的弹力来给针接触件一定的压力的。一般压力越大接触的也越好。当然,一般小而又薄的孔接触件是不大可能提供特大的压力的。而且如果这个孔接触件本身的弹性不好,这个压力就小,接触也就没那么好。


同时,如果孔接触件或针接触件有变形,也会导致实际接触面积小,从而有可能导致接触不良。同时,连接器的孔接触件或针接触件当然一般是连接在塑料上的,如果脚数多了,有可能导致某一个或数个接触件装在塑料件上的位置有偏差,于是,两个连接器插入时,那些偏位了的接触件就有可能接触不好。

以上是从宏观的角度来分析的。接下来我们深入到微观去理解接触问题。


接触件的表面肉眼看起来是光滑的。事实上,这些接触件表面并不光滑。因此,两接触件表面接触时,其实是凹凸不平的表面之间的犬齿交错的接触。有凸的和凸的相接触,有凹的和凹的相接触,当然也有凸的嵌入到对方的凹的里面,不过一般由于凸和凹的形状和大小不可能完全吻合,所以嵌入的时候其实也只是部分接触。


所以,表面上看起来接触紧密的金属表面之间,事实上是凹凸不平的表面之间的接触。其真正有效接触面积已经大打折扣了。当然,两表面接触时,接触面之间的压力会对接触状况造成影响。压力大,就可以使两表面间互相嵌入的更深入,同时,有的凸起在压力下产生形变,变得没有这么突出,使其周围更矮的地方也有可能接触在一起了,所以,压力的大小其实最终是影响到了表面间实际有效接触面积的大小。


另一个方面,金属表面的氧化和杂质,也会导致接触不良。我们说引脚或端子没有氧化,是以肉眼来看的。事实上,暴露在空气中的金属,肯定会不同程度地受到氧化,氧化程度与金属材料、环境状况、放置时间密切相关。


我们一般意义上肉眼判断的“没氧化”只是说氧化不是很严重,事实上,氧化是客观存在的。金属氧化物是不导电的。所以,这些引脚或端子表面,某些区域已经分布了一定的氧化层,这些氧化层使实际有效接触面进一步减少。


同时,杂质的影响也不可以忽略。金属表面与其他物质接触时,会沾上杂质。比如,人的手的皮肤上,事实上有大量的汗渍油脂等等物质,人手碰到引脚或端子,就会把这些杂质沾到其表面上。


另外,空气中含有大量的尘埃,这些尘埃包括灰尘、粉尘、各种物质间摩擦产生的微粒、尾气、烟雾、人造纤维尘埃、盐雾、人体的体屑和吐沫、微生物,等等。暴露在空气中的金属,必定会沾上这些微粒。这些杂质我们肉眼看不到,所以,可能会认为这些元器件的引脚或端子很“洁净”。殊不知,这些杂质对于原子来说,是个“庞然大物”了。杂质覆盖到金属表面,影响到了两器件金属原子之间的直接接触,于是,也使实际有效接触面进一步减少。


上面的压力、变形、氧化、杂质问题都会金属表面件的接触造成影响。肉眼认为的金属间的“接触良好”的实际状况远远没有人们想象中的那么完美!其次,还有一个困扰大家的是,为什么接触会时好时差呢?

金属接触时,如果有明显的外力作用时,接触状况发生变化。比如,连接器接触不良时,用手去压一压,可能就好了。有的器件内部接触不良,敲一敲这个器件,有时可能又好了。但是还有些接触不良现象,表面上看起来是比较奇怪的。


比如,有的人说,我明明没有碰那个器件,它怎么会从接触良好到接触不良呢(或接触不良到接触良好,这里的“良好”“不良”实际上是指接触电阻小或大甚至开路)?


一般说的“不碰”,指的就是没有直接去碰那个器件。于是,很多人就以为,这个器件就没有受到新的外力,因此,接触状态是不应该变化的。事实上果真如此么?


我们假设某个器件装在成品上,这个成品放在桌子上。这时,这个器件是处于静止状态,它必定是处于受力平衡状态。然后,有人拿起来了这个成品,这时里面器件有没有收到新的外力呢?我可以很肯定的告诉你,受到了新的外力。


很简单,这个器件从静止到运动,运动状态改变了,所以必定是受到了新的外力的影响。稍微有物理基础的人都能够理解这个问题。既然这个器件受到了力的作用,接触面之间就有可能重新作用,变形或位移,于是,以前的接触状态可能发生了变化。我们再回忆上面讲到的理论,金属表面间的接触时凹凸不平的犬齿交错的接触,同时这些表面还有氧化层和杂质。


如果以前的接触,正好处于接触良好(或不良)的临界点,我们想一想,这个状态改变了,那么有几个可能,一个是变得更多地方接触不上了,也有可能是变得更多地方接触上了。


这一切都取决于这3个因素:1、表面凹凸程度、氧化物和杂质的分布状况;2、初始接触状态;3、受力或形变(或位移)方向。上面这三个因素中任何一个因素都是有无数种可能的。所以外力的作用后,产生的后果也有无数种可能性。


比如由接触不良变成了接触良好,或由接触良好变成了接触不良。当然还有可能是接触不良受外力后还是不良,接触良好受力后还是良好。也有可能,处于临界接触良好(或不良)状态的表面不断受作用后,有时变好,有时变差。


当然,有时这种变化在一般作用下是不可逆的。比如,以前接触不良的,外力作用后,变得恰好有不少凹凸之间正好吻合接触上了,然后,由于凹凸之间相“咬”,于是,再受一般的外力,他们还是咬合得较好,于是还是表现为“接触良好”。当然,如果这种接触之间的压力不够大,再加上杂质较多,那么即使短时间内不会再出现接触不好,时间久了,各种因素不断的作用,总有一天可能还会变成接触不良的。


另外,器件间的热胀冷缩也会会接触面进行影响,使其受力或变形。除了环境温度的变化,机器自身工作时的发热也会造成机器内部温度的变化。运动是绝对的。以上各种变化和运动,都在不断地影响到接触面之间的状况。人们表面上认为没去“动”这些器件,表面上是波澜不良,但事实上,不断地有外因作用于这些接触面,接触面的接触状况已经发生了“波澜壮阔”的变化。


有的器件内部断了,但是断面还碰在一起。于是,从外面测试起来还是导通的。可是这种接触是非常不可靠的。因为,断了后,其断面放大来看,有很多的凹凸不平,重新接触时,稍微有一点位移(根据上面的描述,我想大家对“动”已经有深刻的印象了),哪些凹凸就不能像刚断时那样吻合,于是,接触面积大大减少;同时,他们之间的接触,表面间的压力是很小的(只是“碰”在一起)。于是,这种表面上的接触良好,在外界作用到一定程度时,总有一天会彻底开路的。


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