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连接器退化机制

发布日期:2019-10-20   作者:小天   来源:www.twl-link.cn   编辑:天科乐   访问量:370

使用连接器是为了在两个子系统之间提供可分离的连接。从制造方便到性能提升,有很多原因需要可分离性。但是,当配对时,连接器不应在系统之间引入任何不可接受的电阻。不可接受的电阻是指可能会因信号失真或功率损耗而引起系统故障的任何电阻,具体取决于应用要求。连接器降级机制之所以重要的原因是,它们是电阻增加的潜在来源,因此,随着时间的流逝会出现现场故障。

让我们先简要回顾一下连接器的电阻。图1显示了通用信号连接器的横截面。图1中的公式表示连接器内的各种电阻源。R O  是连接器的总电阻,是连接到压接连接后面导体上的探针和与包含压入式插针连接的印刷电路板上适当焊盘接触的探针之间的电阻。两个永久连接电阻R P.C. ,显示压接连接和顺应针连接的电阻。类似地,有两个散装电阻-R 散装-接线柱触点的总电阻和插座触点的两根梁的并联电阻的总和。仅示出一个界面或可分离的接触电阻R C,因为很难分离两个接触点的并联电阻。总的连接器电阻是各个永久连接电阻,接线柱和插座接触体电阻以及可分离的接触电阻之和,因为所有这些电阻都是串联的。

1.连接器电阻组件的示意图。总体上,显示了R O,大块,R Bulk
永久连接R P.C和接触界面R C的电阻贡献。

为了便于讨论,让我们假设测得的总电阻R O15毫欧。在这种假设的情况下,请花一两分钟,然后估算永久性,体积性和可分离接口电阻对整个连接器电阻的相对贡献。

在此示例中,这些值是软壳连接器的典型值,体电阻将构成总电阻的大部分,接近14毫欧。永久连接电阻将为几百微欧的数量级,而可分离的界面电阻将为几毫欧的数量级。

尽管到目前为止,连接器触点的体电阻是连接器电阻的最大贡献,但它也是最稳定的。各个触点的体积电阻取决于触点的制造材料及其整体几何形状。在一个简单的示例中,考虑导体长度的电阻,由下式给出:

R 条件 = r l / a

在该方程式中,r是导体的电阻率,或者在连接器中,接触弹簧材料,“ l”是导体的长度,“ a”是导体或连接器中的横截面积,接触弹簧系统的几何形状。对于给定的材料选择(例如磷青铜)和触点几何形状,这些参数是常数,因此,连接器的体电阻是恒定的。

永久连接电阻和接口或可分离连接的电阻是可变的。这些抗性贡献容易受到多种降解机制的影响,这将在以后的文章中进行讨论。在这一点上,足以说明连接器是否经过测试程序以评估其性能,恶劣环境,高温,老化,振动等情况,并且连接器的整体电阻从原来的15毫欧变为100毫欧时,电阻的变化将发生在可分离和永久的连接电阻中。可分离的界面电阻最容易退化,因为对可分离性的要求限制了可用于创建可分离的界面的力和变形。

简而言之,有两个主要的可分离接口要求限制了这些力和变形。连接器配合力是第一个也是最明显的要求。为了实现高针数连接器,必须控制各个触点的配合力,并且触点法向力是受该要求限制的主要参数之一。例如,可分离的连接接触力约为数十至几百克,而绝缘位移连接(IDC)的力约为数千克,顺应压入连接的力也是如此。与可分离连接的明显较低的力相比,这种永久连接所具有的典型的高力提供了更大的机械稳定性和更低的电阻。

以类似的方式,与可分离的连接相比,永久连接的更高的力允许接触表面更大的变形。压接连接是最明显的示例,其中压接端子以及各个导体绞线的明显变形是明显的。IDC和顺应针接口的作用力还可以使接触面产生更大的变形。与较大的力一样,与可分离的接触电阻相比,永久连接的较大表面变形会减小其电阻。

可分离连接表面的变形也受到另一个可分离接口要求的限制:配合耐久性。高的表面变形通常会导致高的表面磨损,进而会导致失去任何接触涂层,例如接触表面上的金或锡。这种涂层的损失将增加接触表面的腐蚀敏感性,这将在随后的文章中进行讨论。

结合力和配合耐久性这两个可分离接口的要求的结合,限制了可分离接口的变形和机械稳定性,并且是与永久连接相比可分离接口的电稳定性较低的原因。

同样的局限性也解释了为什么可分离接口的电阻低于永久连接的电阻。通常,两个表面之间的接触面积越大,界面的电阻越低。实际上,对于导体长度的电阻R cond,两个表面之间的接触面积类似于等式中的横截面积。= r / a。因为可分离的连接的接触面积比永久性连接的接触面积小,所以它们具有较高的电阻。

总而言之,与永久连接相比,可分离连接的减小的力导致较低的机械稳定性,而减小的接触面积导致较高的电阻。

这些相同的问题(减小的接触力和减小的接触面积)直接影响可分离的接触界面退化的敏感性。图2是高倍率下可分离的接触界面的示意图。该图的要点是说明,在这种接触界面的微观尺度上,所有表面都是粗糙的。这表明接触界面本身将由接触点的分布(称为a点或凹凸)组成,而不是由整个区域的接触组成。这种粗糙结构是引起接触界面电阻的原因。减小的接触面积由a点在某些几何区域上的分布(取决于接触表面的几何形状)组成,会引入一种电阻,称为压缩电阻,这是由于电流被限制流经各个a点所致。可以通过各种方式增加接触面积来降低抗压缩性,但是从来没有消除。因此,连接器必须始终将一些电阻引入电气系统。从这个角度来看,连接器设计的主要目的是控制引入的电阻的大小和稳定性。

2:由接触界面的微观尺度上的固有表面粗糙度产生的接触界面的结构示意图。

如上所述,接口电阻的大小由在插头和插座触点相互接合时产生的接触面积确定。影响接触电阻稳定性的两个主要因素是:接触界面的干扰和a点的腐蚀。这些影响定义了连接器降级机制,将在以下文章中进行讨论。总之,这些机制是:

1. 接触界面内部和周围的腐蚀,以减小接触面积。将讨论与腐蚀有关的两种机理:表面腐蚀直接影响接触面积,感应运动或微动运动会增强接触界面对腐蚀的敏感性。

2. 由于镀层和/或镀层的磨损不足,导致接触镀层完整性的丧失,导致腐蚀敏感性增强。大多数连接器触点镀有高贵的镀层(例如金)或非高贵的镀层(通常是锡)。这些镀层的主要目的之一是保护接触弹簧的贱金属(通常是铜合金)免受腐蚀。贵金属和非贵金属光洁度的腐蚀敏感性不同,将分别进行讨论。

3. 失去接触力,导致机械稳定性降低,并且接触界面对微动运动的敏感性增加。导致连接器接触力减小的主要机制是接触点过应力和应力松弛。由于时间/温度的影响,应力松弛是接触力随时间的损失。


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