完整的连接器设计手册_连接器退化机理是什么？（一）

作者：Dr. Bob Mroczkowski，李亦平，深圳市连接器行业协会

连接器退化机理对连接器的性能非常重要，保证相关产品的性能至关重要。退化机理是什么？导致连接器故障的因素是什么？我们将继续讨论这个问题。

连接器用于两个分离系统之间的连接。从制造的便利性到性能的提高，分离的必要原因有很多。然而，当匹配时，连接器不应在系统之间增加任何不必要的电阻值。增加电阻值可能会导致信号失真或功率损失，并导致系统故障。连接器退化机制之所以重要，是因为它们是电阻增加的潜在来源。因此，随着时间的推移，

让我们简要回顾一下连接器的电阻。图1展示出了通用信号连接器的横截面。图1中的等式表示连接器中的各种电阻源。Ro是连接器的整体电阻，是导体的尾点和PCB连接器脚位焊接点之间的电阻。两个永久连接电阻Rp.c指压力连接点与相应脚位之间的电阻。同样，两个本体电阻(Rbulk)指后接触体电阻与连接器柱之间的并联体电阻；接触电阻也有接口或分离Rc。整体连接器电阻是各个不变连接电阻、后触点和腔体连接体电阻和可分离处接触电阻之和，因为所有这些电阻都是串联的。

图1，连接器电阻示意图。

为了便于讨论，让我们假设测量的总电阻值Ro15毫欧。考虑到这一假设，我们猜测永久连接电阻、体电阻和可分离接触电阻对整个连接器电阻的相对影响。

在这个例子中，这些值是典型的软壳连接器的电阻值，体电阻将占总电阻的大部分，接近14毫欧。永久连接电阻为数百微欧姆，其他为可分离接触电阻。

虽然连接器接触的体电阻是连接器电阻的最大贡献者，但它也是最稳定的。单个接触的体电阻由接触的制造材料及其整体几何形状决定。在这个简单的例子中，导体长度的电阻可以由以下公司计算：Rcond. = r l/a.

在这个方程中，r是导体的电阻率(或连接器中的弹簧材料)，l是导体的长度，而a它是导体的横截面积（或连接器中弹簧的几何形状）。对于给定的材料，如磷青铜和接触几何，这些参数是常数，因此连接器的整体电阻是恒定的。

永久连接电阻和接口或可分离连接电阻是可变的。这些电阻很容易受到各种退化机制的影响，这将在后面的文章中讨论。需要指出的是，连接器受到恶劣环境、热量、寿命、振动等诸多影响。而且总连接器电阻可能从原来的15毫欧变为100毫欧，主要出现在可分离和永久连接电阻中。由于产生力和变形等，可分离界面电阻最容易退化。

简单地说，两个主要的可分离界面需要一定的力和变形。连接器的咬合力是第一个也是最明显的要求。对于高PIN必须控制单个数字连接器PIN接触法向力是受此要求限制的主要参数之一。例如，可分离的连接接触是几十到几百克，绝缘压力连接，或IDC，力的数量级是几公斤，压入连接的力也是如此。中高力的永久连接提供了较大的机械稳定性和较低的电阻值，远低于可分离连接的电阻值。

在同样的情况下，高永久连接力允许接触表面更大的变形，而不是可分离连接。压接连接是最明显的例子，如压接端子和单个导体的明显变形。压接连接的力及相应的力PIN脚允许更大的变形接触表面。与高力一样，永久连接的大表面变形比可分离接触电阻降低了电阻。

可分离连接面的变形也受到另一个可分离界面要求的限制：耐久性。高表面变形通常会导致高表面磨损，这可能会导致接触涂层的损失，如接触表面的金或锡。这种涂层的损失将增加接触表面的腐蚀敏感性，这将在未来的文章中讨论。

与永久连接相比，可分离界面咬合力与咬合耐久性的结合限制了可分离界面的变形和机械稳定性，也是可分离界面电稳定性低的原因。

一般来说，两个表面之间的接触面积越大，界面的电阻就越低。事实上，两个表面之间的接触面积与导体长度的电阻相似Rcond. = r l/a。它们具有较高的电阻，因为可分离连接的接触面积低于永久连接。

总之，与永久连接相比，可分离连接的力降低导致机械稳定性降低，接触面积降低导致电阻更高。

这些问题，即接触力和接触面积的减少，直接影响可分离接触界面的退化敏感性。图2显示了可分离接触界面的放大图。图中显示，所有接触界面的微观尺度都是粗糙的。这意味着接触界面本身将由一个叫做a点或不均匀接触点的分布组成，而不是一个完整的区域接触。这种不均匀的结构是接触界面电阻增加的原因。接触面积的减少，包括a点在某一几何区域的分布，取决于接触的几何形状。一种叫做收缩电阻的电阻是由于电流被挤压到单个a点而产生的。增加接触面积可以降低收缩电阻，但不能消除。因此，连接器总是会给电气系统增加一些电阻值。从这个角度来看，连接器设计的主要目标是控制电阻的大小和稳定性。

图2：接触界面的固有表面粗糙度从微观上看。

如前所述，界面电阻的大小取决于插头与插座接触时产生的接触区域。影响接触电阻稳定性的主要因素有两个：接触界面的干扰和a点的腐蚀。未来将讨论如何影响连接器退化机制。简而言之，这些机制包括：

1 ，腐蚀发生在接触界面及其周围，从而减少接触面积。有两种腐蚀机制： 表面腐蚀直接影响接触面积；诱导或微动，可提高接触界面对腐蚀的敏感性。

2.由于电镀不足或电镀磨损，接触电镀的完整性丧失，从而增加了腐蚀的敏感性。大多数连接器的接触点镀有贵金属的表层，如黄金；或普通电镀表面通常是锡。这些涂层的主要目的之一是保护接触基体（通常是铜合金）免受腐蚀。贵金属和非贵金属的腐蚀敏感性不同，以后将分别讨论.

3.接触力损失导致机械稳定性降低，接触界面容易受微动影响。接触应力过大和应力松弛是导致连接器接触力下降的主要机制。由于时间/温度的影响，应力松弛是指接触力随时间变化而损失.

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作者简介：

Mroczkowski博士在电子行业有30多年的经验。他在AMP公司开始了他的职业生涯， 为AMP客户提供连接器设计和性能咨询服务。他加入了1990年AMP高级开发实验室开发了微型电缆连接器和医疗超声诊断设备新型微同轴连接器。Mroczkowski博士于1998年从AMP领导地位退休，创建ConNtext Associates，这是一家专业提供连接器咨询服务的公司。他同时是McGraw Hill电子连接器手册的作者拥有七项专利。