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    電子產品接觸不良問題
    雙擊自動滾屏 發布者:admin 發布時間:2018-10-23 10:33:01 閱讀:1177次 【字體:

          電子產品中的接觸不良,有元器件自身內部的接觸不良,也有元器件互連時的接觸不良,也有虛焊(一般為組件與PCB)產生的不良。下面以最常見的連接器(接插件)之間的接觸為實例分析接觸不良問題。

        連接器一般是針接觸件和孔接觸件之間的連接。元器件的引腳或端子,一般是有一層鍍層,比如鍍鉛錫合金、鍍純錫、鍍鎳、鍍銀、鍍銀鈀合金、鍍金等。所以組件之間的接觸,其實就是這些鍍層金屬之間的接觸。


         當然,不同的鍍層金屬的導電率是不同的,對應產生的接觸電阻也有所不同。一般金的導電率比較好,銀次之。在焊接工藝時,由于焊接實際上是形成合金的過程,這個合金本身就是良導體,所以焊接本身的可靠性是比較高的,除非是焊接不良。但是,連接器之間的連接,靠的是表面之間的接觸,所以容易導致接觸不良,更具體的原因分析如下。


         兩個金屬表面之間的接觸是否良好,主要取決于材料(不同金屬導電率不同)、接觸壓力、實際接觸面積。關于材料種類,上面已經提到了,一般器件的鍍層材料,基本上都是由良導體做的,對接觸不良的影響不大。


         關于連接器的接觸壓力,連接器靠的是孔接觸件的彈力來給針接觸件一定的壓力的。一般壓力越大接觸的也越好。當然,一般小而又薄的孔接觸件是不大可能提供特大的壓力的。而且如果這個孔接觸件本身的彈性不好,這個壓力就小,接觸也就沒那么好。


         同時,如果孔接觸件或針接觸件有變形,也會導致實際接觸面積小,從而有可能導致接觸不良。同時,連接器的孔接觸件或針接觸件當然一般是連接在塑料上的,如果腳數多了,有可能導致某一個或數個接觸件裝在塑料件上的位置有偏差,于是,兩個連接器插入時,那些偏位了的接觸件就有可能接觸不好。


     


    以上是從宏觀的角度來分析的。接下來我們深入到微觀去理解接觸問題。


         接觸件的表面肉眼看起來是光滑的。事實上,這些接觸件表面并不光滑。因此,兩接觸件表面接觸時,其實是凹凸不平的表面之間的犬齒交錯的接觸。有凸的和凸的相接觸,有凹的和凹的相接觸,當然也有凸的嵌入到對方的凹的里面,不過一般由于凸和凹的形狀和大小不可能完全吻合,所以嵌入的時候其實也只是部分接觸。


        所以,表面上看起來接觸緊密的金屬表面之間,事實上是凹凸不平的表面之間的接觸。其真正有效接觸面積已經大打折扣了。當然,兩表面接觸時,接觸面之間的壓力會對接觸狀況造成影響。壓力大,就可以使兩表面間互相嵌入的更深入,同時,有的凸起在壓力下產生形變,變得沒有這么突出,使其周圍更矮的地方也有可能接觸在一起了,所以,壓力的大小其實最終是影響到了表面間實際有效接觸面積的大小。


        另一個方面,金屬表面的氧化和雜質,也會導致接觸不良。我們說引腳或端子沒有氧化,是以肉眼來看的。事實上,暴露在空氣中的金屬,肯定會不同程度地受到氧化,氧化程度與金屬材料、環境狀況、放置時間密切相關。


        我們一般意義上肉眼判斷的“沒氧化”只是說氧化不是很嚴重,事實上,氧化是客觀存在的。金屬氧化物是不導電的。所以,這些引腳或端子表面,某些區域已經分布了一定的氧化層,這些氧化層使實際有效接觸面進一步減少。


       同時,雜質的影響也不可以忽略。金屬表面與其他物質接觸時,會沾上雜質。比如,人的手的皮膚上,事實上有大量的汗漬油脂等等物質,人手碰到引腳或端子,就會把這些雜質沾到其表面上。


        另外,空氣中含有大量的塵埃,這些塵埃包括灰塵、粉塵、各種物質間摩擦產生的微粒、尾氣、煙霧、人造纖維塵埃、鹽霧、人體的體屑和吐沫、微生物,等等。暴露在空氣中的金屬,必定會沾上這些微粒。這些雜質我們肉眼看不到,所以,可能會認為這些元器件的引腳或端子很“潔凈”。殊不知,這些雜質對于原子來說,是個“龐然大物”了。雜質覆蓋到金屬表面,影響到了兩器件金屬原子之間的直接接觸,于是,也使實際有效接觸面進一步減少。


       上面的壓力、變形、氧化、雜質問題都會金屬表面件的接觸造成影響。肉眼認為的金屬間的“接觸良好”的實際狀況遠遠沒有人們想象中的那么完美!其次,還有一個困擾大家的是,為什么接觸會時好時差呢?


     


        金屬接觸時,如果有明顯的外力作用時,接觸狀況發生變化。比如,連接器接觸不良時,用手去壓一壓,可能就好了。有的器件內部接觸不良,敲一敲這個器件,有時可能又好了。但是還有些接觸不良現象,表面上看起來是比較奇怪的。


        比如,有的人說,我明明沒有碰那個器件,它怎么會從接觸良好到接觸不良呢(或接觸不良到接觸良好,這里的“良好”“不良”實際上是指接觸電阻小或大甚至開路)?


         一般說的“不碰”,指的就是沒有直接去碰那個器件。于是,很多人就以為,這個器件就沒有受到新的外力,因此,接觸狀態是不應該變化的。事實上果真如此么?


          我們假設某個器件裝在成品上,這個成品放在桌子上。這時,這個器件是處于靜止狀態,它必定是處于受力平衡狀態。然后,有人拿起來了這個成品,這時里面器件有沒有收到新的外力呢?我可以很肯定的告訴你,受到了新的外力。


          很簡單,這個器件從靜止到運動,運動狀態改變了,所以必定是受到了新的外力的影響。稍微有物理基礎的人都能夠理解這個問題。既然這個器件受到了力的作用,接觸面之間就有可能重新作用,變形或位移,于是,以前的接觸狀態可能發生了變化。我們再回憶上面講到的理論,金屬表面間的接觸時凹凸不平的犬齒交錯的接觸,同時這些表面還有氧化層和雜質。


        如果以前的接觸,正好處于接觸良好(或不良)的臨界點,我們想一想,這個狀態改變了,那么有幾個可能,一個是變得更多地方接觸不上了,也有可能是變得更多地方接觸上了。


         這一切都取決于這3個因素:1、表面凹凸程度、氧化物和雜質的分布狀況;2、初始接觸狀態;3、受力或形變(或位移)方向。上面這三個因素中任何一個因素都是有無數種可能的。所以外力的作用后,產生的后果也有無數種可能性。


         比如由接觸不良變成了接觸良好,或由接觸良好變成了接觸不良。當然還有可能是接觸不良受外力后還是不良,接觸良好受力后還是良好。也有可能,處于臨界接觸良好(或不良)狀態的表面不斷受作用后,有時變好,有時變差。


          當然,有時這種變化在一般作用下是不可逆的。比如,以前接觸不良的,外力作用后,變得恰好有不少凹凸之間正好吻合接觸上了,然后,由于凹凸之間相“咬”,于是,再受一般的外力,他們還是咬合得較好,于是還是表現為“接觸良好”。當然,如果這種接觸之間的壓力不夠大,再加上雜質較多,那么即使短時間內不會再出現接觸不好,時間久了,各種因素不斷的作用,總有一天可能還會變成接觸不良的。


          另外,器件間的熱脹冷縮也會會接觸面進行影響,使其受力或變形。除了環境溫度的變化,機器自身工作時的發熱也會造成機器內部溫度的變化。運動是絕對的。以上各種變化和運動,都在不斷地影響到接觸面之間的狀況。人們表面上認為沒去“動”這些器件,表面上是波瀾不良,但事實上,不斷地有外因作用于這些接觸面,接觸面的接觸狀況已經發生了“波瀾壯闊”的變化。


          有的器件內部斷了,但是斷面還碰在一起。于是,從外面測試起來還是導通的?墒沁@種接觸是非常不可靠的。因為,斷了后,其斷面放大來看,有很多的凹凸不平,重新接觸時,稍微有一點位移(根據上面的描述,我想大家對“動”已經有深刻的印象了),哪些凹凸就不能像剛斷時那樣吻合,于是,接觸面積大大減少;同時,他們之間的接觸,表面間的壓力是很小的(只是“碰”在一起)。于是,這種表面上的接觸良好,在外界作用到一定程度時,總有一天會徹底開路的。

                                           原創: 線束智造 線束智造

     
     

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