連接器可靠性及其測(cè)試方法

1、1 電子連接器可靠性及其測(cè)試方法 2 一、產(chǎn)品的可靠性一、產(chǎn)品的可靠性 “可靠性可靠性”譯自英文譯自英文“ReliabilityReliability”，日本人將之譯為日本人將之譯為“信賴性信賴性”，指，指 在給定條件下、規(guī)定期間中，一個(gè)產(chǎn)品執(zhí)行某種功能的可能性。開始在給定條件下、規(guī)定期間中，一個(gè)產(chǎn)品執(zhí)行某種功能的可能性。開始 發(fā)展于第二次世界大戰(zhàn)期間，發(fā)展歷程如下：發(fā)展于第二次世界大戰(zhàn)期間，發(fā)展歷程如下： 1 1，真空管時(shí)代，真空管時(shí)代 二戰(zhàn)期間，美軍作戰(zhàn)的戰(zhàn)斗機(jī)使用的通信設(shè)備中半數(shù)以上無(wú)法使用，經(jīng)二戰(zhàn)期間，美軍作戰(zhàn)的戰(zhàn)斗機(jī)使用的通信設(shè)備中半數(shù)以上無(wú)法使用，經(jīng) 過(guò)詳細(xì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)幾乎都為真空管不

2、良引起。但對(duì)真空管進(jìn)行品質(zhì)全面過(guò)詳細(xì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)幾乎都為真空管不良引起。但對(duì)真空管進(jìn)行品質(zhì)全面 檢查時(shí)，從進(jìn)料、生產(chǎn)、出貨整個(gè)過(guò)程都完全達(dá)到圖面要求的規(guī)格水檢查時(shí)，從進(jìn)料、生產(chǎn)、出貨整個(gè)過(guò)程都完全達(dá)到圖面要求的規(guī)格水 準(zhǔn)。此時(shí)才發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品還需要考慮堅(jiān)固耐用，并將其導(dǎo)入設(shè)計(jì)規(guī)范和圖準(zhǔn)。此時(shí)才發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品還需要考慮堅(jiān)固耐用，并將其導(dǎo)入設(shè)計(jì)規(guī)范和圖 面中，開始以制造不易故障的產(chǎn)品為目標(biāo)。面中，開始以制造不易故障的產(chǎn)品為目標(biāo)。 2 2，阿波羅計(jì)劃，阿波羅計(jì)劃 將可靠性技術(shù)導(dǎo)入阿波羅計(jì)劃中，使原本落后于前蘇聯(lián)的太空計(jì)劃，因?qū)⒖煽啃约夹g(shù)導(dǎo)入阿波羅計(jì)劃中，使原本落后于前蘇聯(lián)的太空計(jì)劃，因 阿波羅登月成功而后來(lái)居上、一

3、舉成名。阿波羅登月成功而后來(lái)居上、一舉成名。 3 一、產(chǎn)品的可靠性一、產(chǎn)品的可靠性 3 3，19651965年年IEC(IEC(國(guó)際電氣標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)國(guó)際電氣標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)) )設(shè)立可靠性技術(shù)委員會(huì)。設(shè)立可靠性技術(shù)委員會(huì)。19751975 年正式發(fā)表可靠性和可維護(hù)性規(guī)范年正式發(fā)表可靠性和可維護(hù)性規(guī)范( (Reliability C: Cost; D: Delivery 5 三、電子連接器的可靠性三、電子連接器的可靠性 1 1，簡(jiǎn)介，簡(jiǎn)介 連接器的可靠性考慮如下幾種因素：連接器的可靠性考慮如下幾種因素： A A、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造的材料產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造的材料 B B、操作環(huán)境操作環(huán)境 C C、功能要求

4、功能要求 應(yīng)用的環(huán)境，特別是溫度、濕度、腐蝕性，決定了哪些自身的失效機(jī)理會(huì)發(fā)生作用，應(yīng)用的環(huán)境，特別是溫度、濕度、腐蝕性，決定了哪些自身的失效機(jī)理會(huì)發(fā)生作用， 而連接器功能的要求，決定了怎樣的失效程度是允許的。而連接器功能的要求，決定了怎樣的失效程度是允許的。 2 2，可靠性評(píng)估的程序，可靠性評(píng)估的程序 連接器可連接器可 靠性評(píng)估程序包括如下內(nèi)容：靠性評(píng)估程序包括如下內(nèi)容： A A、決定應(yīng)用的可接受的標(biāo)準(zhǔn)，包括端子電阻和其它的失效模式。按照應(yīng)用的重要性確決定應(yīng)用的可接受的標(biāo)準(zhǔn)，包括端子電阻和其它的失效模式。按照應(yīng)用的重要性確 認(rèn)發(fā)生作用的失效機(jī)理并分類。認(rèn)發(fā)生作用的失效機(jī)理并分類。 B B、開

5、發(fā)測(cè)試程序處理預(yù)測(cè)的應(yīng)用中的失效機(jī)理，排列并分等級(jí)。開發(fā)測(cè)試程序處理預(yù)測(cè)的應(yīng)用中的失效機(jī)理，排列并分等級(jí)。 C C、定下加速因子定下加速因子 ( (規(guī)定規(guī)定X X天暴露的天暴露的A A試驗(yàn)相當(dāng)于試驗(yàn)相當(dāng)于Y Y年的年的B B項(xiàng)應(yīng)用項(xiàng)應(yīng)用) ) ，如有可能，做特別的，如有可能，做特別的 測(cè)試。測(cè)試。 D D、根據(jù)從鑒定程序得來(lái)的數(shù)據(jù)，作適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理。根據(jù)從鑒定程序得來(lái)的數(shù)據(jù)，作適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理。 E E、評(píng)估可靠性評(píng)估可靠性 以上的步驟依賴于工程上的判斷。連接器的制造商和用戶應(yīng)該對(duì)鑒定程序的內(nèi)容和方以上的步驟依賴于工程上的判斷。連接器的制造商和用戶應(yīng)該對(duì)鑒定程序的內(nèi)容

6、和方 法一致同意認(rèn)可。法一致同意認(rèn)可。 6 三、電子連接器的可靠性三、電子連接器的可靠性 3 3，連接器的定義，連接器的定義 從功從功 能上定義：能上定義： 電子連接器：在一個(gè)電子系統(tǒng)中的兩個(gè)子系統(tǒng)之間提供一個(gè)電子連接器：在一個(gè)電子系統(tǒng)中的兩個(gè)子系統(tǒng)之間提供一個(gè)可分離可分離的連接，而又不會(huì)的連接，而又不會(huì) 對(duì)對(duì) 系統(tǒng)的性能產(chǎn)生系統(tǒng)的性能產(chǎn)生不可接受不可接受的影響。的影響。 可分離性是我們要使用連接器的理由，方便對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的子系統(tǒng)或零件的維修、升級(jí)?？煞蛛x性是我們要使用連接器的理由，方便對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的子系統(tǒng)或零件的維修、升級(jí)。 同時(shí)，這種連接對(duì)系統(tǒng)的性能不能產(chǎn)生任何不可接受的影響。例如信號(hào)的吸收、

7、衰減、同時(shí)，這種連接對(duì)系統(tǒng)的性能不能產(chǎn)生任何不可接受的影響。例如信號(hào)的吸收、衰減、 電力的損耗。電力的損耗。 可分離和不可接受的的限度的要求，決定于連接器的具體應(yīng)用要求?？煞蛛x和不可接受的的限度的要求，決定于連接器的具體應(yīng)用要求。 從結(jié)構(gòu)上定義：從結(jié)構(gòu)上定義： 連接器有四個(gè)結(jié)構(gòu)性的元素，它們是：連接器有四個(gè)結(jié)構(gòu)性的元素，它們是： A A、端子端子( (間間) )的接觸界面的接觸界面 B B、端子的表面處理端子的表面處理 C C、端子的簧片端子的簧片 D D、連接器的殼體連接器的殼體 請(qǐng)參考圖請(qǐng)參考圖1-11-1。 7 三、電子連接器的可靠性三、電子連接器的可靠性 連連 接接 器器 的的 結(jié)結(jié)

8、構(gòu)構(gòu) 端子端子( (間間) )的接觸界面的接觸界面 端子的表面處理端子的表面處理 端子的簧片端子的簧片連接器的殼體連接器的殼體 圖1 8 三、電子連接器的可靠性三、電子連接器的可靠性 A A、端子端子( (間間) )的接觸界面的接觸界面 端子間的接觸界面決定了端子的電阻、連接器的壽命端子間的接觸界面決定了端子的電阻、連接器的壽命( (性能不失效的情況下插撥次數(shù)性能不失效的情況下插撥次數(shù)) ) 和失效的發(fā)生。和失效的發(fā)生。 端子間的接觸界面有兩種形式：端子間的接觸界面有兩種形式： 可分離性接觸可分離性接觸-連接器的每次插入時(shí)形成的聯(lián)接連接器的每次插入時(shí)形成的聯(lián)接 永久性接觸永久性接觸-連接器固定

9、在子系統(tǒng)上的點(diǎn)，這些點(diǎn)是當(dāng)作永久連接的連接器固定在子系統(tǒng)上的點(diǎn)，這些點(diǎn)是當(dāng)作永久連接的 。 B B、端子的表面處理端子的表面處理 端子的表面處理有兩個(gè)主要功能：端子的表面處理有兩個(gè)主要功能： a a、保護(hù)端子簧片的基材不生銹保護(hù)端子簧片的基材不生銹 b b、優(yōu)化端子間的接觸界面優(yōu)化端子間的接觸界面 端子的表面處理主要分為兩大類：端子的表面處理主要分為兩大類： a a、貴金屬表面處理貴金屬表面處理 我們所講的貴金屬即惰性金屬。主要有金我們所講的貴金屬即惰性金屬。主要有金( (Au)Au)、鈀鈀( (Pd)Pd)及其合金。及其合金。 b b、非貴金屬的表面處理非貴金屬的表面處理 錫是最常用的非貴金

10、屬表面處理，因?yàn)樗谋砻嫜趸瘜雍苋菀自谶B接器插入過(guò)程錫是最常用的非貴金屬表面處理，因?yàn)樗谋砻嫜趸瘜雍苋菀自谶B接器插入過(guò)程 中被破壞掉。中被破壞掉。 9 三、電子連接器的可靠性三、電子連接器的可靠性 C C、端子的簧片端子的簧片 端子簧片提供如下三個(gè)功能：端子簧片提供如下三個(gè)功能： a a、傳輸電力或信號(hào)傳輸電力或信號(hào) b b、提供端子正向力來(lái)建立和維持可分離的端子接觸界面提供端子正向力來(lái)建立和維持可分離的端子接觸界面 c c、提供永久性端子接觸界面的連接點(diǎn)提供永久性端子接觸界面的連接點(diǎn) D D、連接器殼體連接器殼體( (HOUSING) HOUSING) 連接器殼體提供如下四項(xiàng)功能：連接器殼

11、體提供如下四項(xiàng)功能： a a、端子間的電氣絕緣端子間的電氣絕緣 b b、固定端子的幾何位置，利于插入和尺寸穩(wěn)定固定端子的幾何位置，利于插入和尺寸穩(wěn)定 c c、為端子提供機(jī)械保護(hù)和支撐為端子提供機(jī)械保護(hù)和支撐 d d、將端子從應(yīng)用環(huán)境中隔離開來(lái)，減少對(duì)腐蝕的敏感將端子從應(yīng)用環(huán)境中隔離開來(lái)，減少對(duì)腐蝕的敏感 10 三、電子連接器的可靠性三、電子連接器的可靠性 4 4，連接器的電阻，連接器的電阻 R R總體電阻總體電阻= =R(R(永久性接觸永久性接觸)+)+R(R(體電阻體電阻)+)+R(R(接觸電阻接觸電阻) )公式公式 1 1 如如 圖圖 2 2所示的連接器，通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)所示的連接器，通過(guò)測(cè)量

12、兩個(gè)PCBPCB板的引線可以測(cè)量連接器的整體電阻。電阻范圍板的引線可以測(cè)量連接器的整體電阻。電阻范圍 大約為大約為220220微歐姆。電阻包含三個(gè)方面：微歐姆。電阻包含三個(gè)方面： a a、永久性接觸界面的電阻的范圍為幾個(gè)至幾十個(gè)微歐；永久性接觸界面的電阻的范圍為幾個(gè)至幾十個(gè)微歐； b b、體電阻體電阻 是端子彈簧片的電阻，圖是端子彈簧片的電阻，圖2 2指的是公型彈簧片和母型彈簧片的電阻，取指的是公型彈簧片和母型彈簧片的電阻，取 決于彈簧片的材料、決于彈簧片的材料、 幾何形狀，其范圍也一般為幾至幾十微歐。幾何形狀，其范圍也一般為幾至幾十微歐。 C C、可分離式的接觸電阻一般只有幾個(gè)微歐或更低?？?/p>

13、分離式的接觸電阻一般只有幾個(gè)微歐或更低。 低的和穩(wěn)定的電阻是連接器的一個(gè)主要要求之一，永久性接觸電阻和體電阻是穩(wěn)定的，低的和穩(wěn)定的電阻是連接器的一個(gè)主要要求之一，永久性接觸電阻和體電阻是穩(wěn)定的， 總體電阻的不穩(wěn)定是由總體電阻的不穩(wěn)定是由接觸電阻接觸電阻引起的。引起的。 R(R(接觸電阻接觸電阻) =) =R(R(集中電阻集中電阻)+)+R(R(膜層電阻膜層電阻) ) 公式公式 2 2 R(R(集中電阻集中電阻) )主要由接觸的面積及接觸面的表面處理有關(guān)主要由接觸的面積及接觸面的表面處理有關(guān) 膜層主要有：膜層主要有： 氧化物膜層，存在于大部分膜層氧化物膜層，存在于大部分膜層 化學(xué)膜層，包含氯化物

14、、硫化物、氮化物等，所處的環(huán)境有關(guān)，是化學(xué)粘附化學(xué)膜層，包含氯化物、硫化物、氮化物等，所處的環(huán)境有關(guān)，是化學(xué)粘附 吸附膜層，通常為水和有機(jī)物，松散地吸附在表面吸附膜層，通常為水和有機(jī)物，松散地吸附在表面 污染物層污染物層 因此，因此， R(R(膜層電阻膜層電阻) )主要與其使用的環(huán)境有關(guān)主要與其使用的環(huán)境有關(guān) 圖圖 3 3 和和 4 4 分別描述了集中電阻和膜層結(jié)構(gòu)。分別描述了集中電阻和膜層結(jié)構(gòu)。 11 三、電子連接器的可靠性三、電子連接器的可靠性 圖 2 連接器電阻組成示意圖 R(永久性接觸永久性接觸)R(永久性接觸永久性接觸) R(體體電電阻阻) R(體體電電阻阻)R(接觸接觸電電阻阻)

15、12 三、電子連接器的可靠性三、電子連接器的可靠性 圖 3 接觸電阻示意圖接觸電阻示意圖 集中區(qū)域 接觸點(diǎn) 膜層 13 三、電子連接器的可靠性三、電子連接器的可靠性 圖 4典型的覆蓋的膜層結(jié)構(gòu)典型的覆蓋的膜層結(jié)構(gòu) 金屬底層 冷作硬化層 氧化物層 吸附物層 污染物層 14 三、電子連接器的可靠性三、電子連接器的可靠性 5 5，連接器的功能，連接器的功能 連接器分為連接器分為 n信號(hào)連接器和信號(hào)連接器和 n電源連接器電源連接器 這兩種連接器的功能要求是不同的。這兩種連接器的功能要求是不同的。 15 三、電子連接器的可靠性三、電子連接器的可靠性 6 6，連接器的應(yīng)用，連接器的應(yīng)用 為了理解連接器的應(yīng)

16、用為了理解連接器的應(yīng)用AMPAMP建立了六個(gè)等級(jí)來(lái)定義系統(tǒng)中不同的內(nèi)部連接，即電子封裝的建立了六個(gè)等級(jí)來(lái)定義系統(tǒng)中不同的內(nèi)部連接，即電子封裝的 六個(gè)等級(jí)。六個(gè)等級(jí)。 等級(jí)等級(jí) 1 1 ：芯片內(nèi)部集成電路與金屬引腳之間的連接：芯片內(nèi)部集成電路與金屬引腳之間的連接 主要由高速自動(dòng)的方法制造主要由高速自動(dòng)的方法制造 非常特別非常特別 通常不是可分離的和可修補(bǔ)的通常不是可分離的和可修補(bǔ)的 裝入到器件的封裝中裝入到器件的封裝中 必須極端可靠必須極端可靠 例如各種芯片例如各種芯片 等級(jí)等級(jí) 2 2：芯片與：芯片與PCBPCB之間的連接之間的連接 通常必須能耐焊接的環(huán)境通常必須能耐焊接的環(huán)境 相對(duì)來(lái)說(shuō)，尺寸

17、較小，通常不需要固定硬件相對(duì)來(lái)說(shuō)，尺寸較小，通常不需要固定硬件 低的插撥次數(shù)要求低的插撥次數(shù)要求 由專業(yè)人員服務(wù)由專業(yè)人員服務(wù) 例如例如 DIP SocketDIP Socket 例如例如 PGA(Pin Grid Array, PGA(Pin Grid Array, 針陣列針陣列)370)370，mPGA478(Northwood)mPGA478(Northwood) 16 三、電子連接器的可靠性三、電子連接器的可靠性 6 6，連接器的應(yīng)用，連接器的應(yīng)用 等級(jí)等級(jí) 3 3 ：PCBPCB之間的連接，通常有三種，即垂直板連接之間的連接，通常有三種，即垂直板連接( (mother/daughte

18、r, mother/daughter, ) )，平行板連接平行板連接 ( (Parallel Stacked, =)Parallel Stacked, =)和同一平面內(nèi)連接和同一平面內(nèi)連接( (Planar, Planar, 一一 一一) )。 插撥次數(shù)在幾十至上百次。插撥次數(shù)在幾十至上百次。 針的數(shù)目比較多，有超過(guò)針的數(shù)目比較多，有超過(guò)10001000，屬高密度連接器。，屬高密度連接器。 由于高的針數(shù)目，插撥力比較重要，有導(dǎo)向作用的硬件和鍵。由于高的針數(shù)目，插撥力比較重要，有導(dǎo)向作用的硬件和鍵。 高速的能力支持板的處理速度，微毫秒、微微秒開關(guān)，可控制的阻抗開始變得重要。高速的能力支持板的處理

19、速度，微毫秒、微微秒開關(guān)，可控制的阻抗開始變得重要。 要求可維修性。要求可維修性。 在系統(tǒng)的層次，是專業(yè)人員服務(wù)，但用戶直接使用的情況在增長(zhǎng)，因此要考慮堅(jiān)固性。在系統(tǒng)的層次，是專業(yè)人員服務(wù)，但用戶直接使用的情況在增長(zhǎng)，因此要考慮堅(jiān)固性。 例如：例如：AGPAGP、PCIPCI、DIMMDIMM、Card EdgeCard Edge系列。系列。 等級(jí)等級(jí) 4 4 ：子系統(tǒng)之間的連接，由于子系統(tǒng)之間能常都有一定的距離，因此一般都通過(guò)：子系統(tǒng)之間的連接，由于子系統(tǒng)之間能常都有一定的距離，因此一般都通過(guò)CableCable和和 Harness Harness 完成。完成。 特別的結(jié)構(gòu)，便于電纜的應(yīng)用。

20、特別的結(jié)構(gòu)，便于電纜的應(yīng)用。 插撥次數(shù)在幾百次。插撥次數(shù)在幾百次。 由于用戶自行連接，要堅(jiān)固。由于用戶自行連接，要堅(jiān)固。 鎖緊結(jié)構(gòu)很平常，防止振動(dòng)或其它器件的移動(dòng)而造成的脫離接觸。鎖緊結(jié)構(gòu)很平常，防止振動(dòng)或其它器件的移動(dòng)而造成的脫離接觸。 考慮考慮EMI/RFI(EMI/RFI(電磁干擾電磁干擾) )的情況增多了。的情況增多了。 屏蔽和過(guò)濾的要求增多了。屏蔽和過(guò)濾的要求增多了。 例如例如 Ultra ATA Cable, AMP-Latch, CT(Common Termination) Cable, EI/MTEI CableUltra ATA Cable, AMP-Latch, CT(Co

21、mmon Termination) Cable, EI/MTEI Cable 17 三、電子連接器的可靠性三、電子連接器的可靠性 6 6，連接器的應(yīng)用，連接器的應(yīng)用 等級(jí)等級(jí) 5 5 ：系統(tǒng)內(nèi)部子系統(tǒng)與：系統(tǒng)內(nèi)部子系統(tǒng)與 I/O I/O 接口之間的連接接口之間的連接 由于連接器的一半是在系統(tǒng)的外面，標(biāo)準(zhǔn)化很重要。由于連接器的一半是在系統(tǒng)的外面，標(biāo)準(zhǔn)化很重要。 同樣的原因，要堅(jiān)固、易用。同樣的原因，要堅(jiān)固、易用。 考慮屏蔽、過(guò)濾和干涉很重要?？紤]屏蔽、過(guò)濾和干涉很重要。 其它的要求同等級(jí)其它的要求同等級(jí)4 4。 例如：例如：USBUSB系列、系列、IEEE 1394IEEE 1394系列、系列、

22、MOD JKMOD JK系列、系列、D-SubD-Sub系列。系列。 等級(jí)等級(jí) 6 6 ：不同系統(tǒng)之間的連接，包括電纜組件、電源線組件、射頻同軸電纜組件及光纖：不同系統(tǒng)之間的連接，包括電纜組件、電源線組件、射頻同軸電纜組件及光纖 保留等級(jí)保留等級(jí)4 4及及5 5的要求的要求 堅(jiān)固變得很重要堅(jiān)固變得很重要 插撥次數(shù)要求增加，幾百次甚至近千次。插撥次數(shù)要求增加，幾百次甚至近千次。 由于更長(zhǎng)的暴露的長(zhǎng)度，屏蔽和過(guò)濾很重要由于更長(zhǎng)的暴露的長(zhǎng)度，屏蔽和過(guò)濾很重要 標(biāo)準(zhǔn)化是一個(gè)主要的考慮標(biāo)準(zhǔn)化是一個(gè)主要的考慮 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)如工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)如RS232RS232、RS-449RS-449、SCSI-1SCSI-1、S

23、CSI-2SCSI-2、IEEE 1394IEEE 1394、IEEE 802.3IEEE 802.3， MIL-C-39012( MIL-C-39012(與射頻同軸接插件有關(guān)與射頻同軸接插件有關(guān)) )， MIL-C-24308(MIL-C-24308(與與AMPLIMITEAMPLIMITE有關(guān)有關(guān)) )， V35(V35(系統(tǒng)內(nèi)連接和網(wǎng)絡(luò)工業(yè)有關(guān)系統(tǒng)內(nèi)連接和網(wǎng)絡(luò)工業(yè)有關(guān)) )，905905及及906(906(與光纖連接器有關(guān)與光纖連接器有關(guān)) )。 例如例如 AMPLIMITE AMPLIMITE 線纜、線纜、USB CableUSB Cable、MOD JK CABLEMOD JK CA

24、BLE，各種同軸各種同軸CABLECABLE。 18 三、電子連接器的可靠性三、電子連接器的可靠性 圖 5 電電 子子 封封 裝裝 的的 六六 個(gè)個(gè) 等等 級(jí)級(jí) 19 三、電子連接器的可靠性三、電子連接器的可靠性 7 7，連接器的可靠性，連接器的可靠性 A A、定義定義 在給定的應(yīng)用條件下，規(guī)定的期間內(nèi)，保持規(guī)定的連接器電阻范圍的可能性。在給定的應(yīng)用條件下，規(guī)定的期間內(nèi)，保持規(guī)定的連接器電阻范圍的可能性。 B B、失效模式失效模式 連接器電阻增大超出規(guī)定的范圍。連接器電阻增大超出規(guī)定的范圍。 C C、失效機(jī)理失效機(jī)理 n腐蝕腐蝕 n磨損磨損 n端子正向力端子正向力損失損失 20 三、電子連接器

25、的可靠性三、電子連接器的可靠性 8 8，連接器的失效機(jī)理，連接器的失效機(jī)理 A A、腐蝕腐蝕 腐蝕主要與端子接觸界面和表面處理有關(guān)。腐蝕導(dǎo)致端子電阻增加的兩個(gè)主要機(jī)理腐蝕主要與端子接觸界面和表面處理有關(guān)。腐蝕導(dǎo)致端子電阻增加的兩個(gè)主要機(jī)理 為：為： n一系列的膜層形成于接觸界面和一系列的膜層形成于接觸界面和 n腐蝕性的的物質(zhì)滲透至接觸界面而導(dǎo)致接觸區(qū)域減少腐蝕性的的物質(zhì)滲透至接觸界面而導(dǎo)致接觸區(qū)域減少 必須要考慮的三個(gè)常見(jiàn)的腐蝕類型有：必須要考慮的三個(gè)常見(jiàn)的腐蝕類型有： n表面腐蝕表面腐蝕 指腐蝕膜層覆蓋在端子表面，如錫氧化物、鈀指腐蝕膜層覆蓋在端子表面，如錫氧化物、鈀/ /鈀合金的氯化物鈀合

26、金的氯化物 n腐蝕遷移腐蝕遷移 指腐蝕性的物質(zhì)遷移至端子表面而到接觸區(qū)域。應(yīng)用的環(huán)境對(duì)腐蝕遷移很敏感，例指腐蝕性的物質(zhì)遷移至端子表面而到接觸區(qū)域。應(yīng)用的環(huán)境對(duì)腐蝕遷移很敏感，例 如硫和氯存在的環(huán)境如硫和氯存在的環(huán)境 n小孔腐蝕小孔腐蝕 如果腐蝕遷移位置發(fā)生于一個(gè)小孔，一個(gè)小小的電鍍表面的不連續(xù)的孔，這種腐蝕如果腐蝕遷移位置發(fā)生于一個(gè)小孔，一個(gè)小小的電鍍表面的不連續(xù)的孔，這種腐蝕 機(jī)理叫小孔腐蝕。小孔本身不影響接觸電阻，而只有小孔變成腐蝕源頭時(shí)，才會(huì)機(jī)理叫小孔腐蝕。小孔本身不影響接觸電阻，而只有小孔變成腐蝕源頭時(shí)，才會(huì) 使接觸電阻下降。使接觸電阻下降。 21 三、電子連接器的可靠性三、電子連接器

27、的可靠性 B B、磨損磨損 n由于磨損的作用，增加了接觸界面對(duì)腐蝕的敏感性，通過(guò)對(duì)基材的表面處理，保護(hù)了基層由于磨損的作用，增加了接觸界面對(duì)腐蝕的敏感性，通過(guò)對(duì)基材的表面處理，保護(hù)了基層 和優(yōu)化了膜層表面，而磨損會(huì)使表面處理的功能喪失。和優(yōu)化了膜層表面，而磨損會(huì)使表面處理的功能喪失。 n影響磨損的因素影響磨損的因素 V=(KFnI)/H V=(KFnI)/H 公式公式 3 3 V V為每次循環(huán)磨損量，為每次循環(huán)磨損量，K K為摩擦系數(shù)，為摩擦系數(shù)，F(xiàn)nFn為正向力，為正向力，I I為滑入長(zhǎng)度，為滑入長(zhǎng)度，H H為接觸表面材料硬度。為接觸表面材料硬度。 摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)K K，由幾何形狀、正向力

28、、表面硬度、潤(rùn)滑狀況和材料決定。由幾何形狀、正向力、表面硬度、潤(rùn)滑狀況和材料決定。 正向力正向力FnFn， Fn Fn增加，增加了粘結(jié)和相應(yīng)的研磨的磨損，因而增加了磨損。增加，增加了粘結(jié)和相應(yīng)的研磨的磨損，因而增加了磨損。 滑入長(zhǎng)度滑入長(zhǎng)度I I，很明顯，很明顯，I I增加，磨損會(huì)增加，因此要限制插入深度。增加，磨損會(huì)增加，因此要限制插入深度。 表面處理硬度表面處理硬度H H，影響接觸區(qū)域的面積，硬的和軟的表面處理的搭配的對(duì)拼，軟的磨損物質(zhì)會(huì)影響接觸區(qū)域的面積，硬的和軟的表面處理的搭配的對(duì)拼，軟的磨損物質(zhì)會(huì) 轉(zhuǎn)移至硬的表面，所以在連接器中，通常連接器對(duì)拼的兩個(gè)部分的電鍍材料是一樣的。轉(zhuǎn)移至硬的

29、表面，所以在連接器中，通常連接器對(duì)拼的兩個(gè)部分的電鍍材料是一樣的。 n小結(jié)：小結(jié)： 磨損可以通過(guò)慎重地選擇合適的材料磨損可以通過(guò)慎重地選擇合適的材料( (表面硬度表面硬度) )控制正向力和使用潤(rùn)滑劑來(lái)降至最低?？刂普蛄褪褂脻?rùn)滑劑來(lái)降至最低。 22 三、電子連接器的可靠性三、電子連接器的可靠性 C C、端子正向力損失端子正向力損失 n對(duì)于連接器的失效，對(duì)于連接器的失效， 正向力的損失，會(huì)造成端子接觸界面的機(jī)械穩(wěn)定性降低，而機(jī)械穩(wěn)定正向力的損失，會(huì)造成端子接觸界面的機(jī)械穩(wěn)定性降低，而機(jī)械穩(wěn)定 性的降低又會(huì)引起接觸界面對(duì)機(jī)械或熱誘發(fā)的應(yīng)變的擾動(dòng)的敏感性提高，從而增加接觸電性的降低又會(huì)引起接觸界面

30、對(duì)機(jī)械或熱誘發(fā)的應(yīng)變的擾動(dòng)的敏感性提高，從而增加接觸電 阻。阻。 n 正向力損失主要有兩個(gè)方面：正向力損失主要有兩個(gè)方面： u永久變形。永久變形。 永久變形指端子梁由于塑性變形而偏離原始位置造成梁偏移減少，因此正向力降低。是由永久變形指端子梁由于塑性變形而偏離原始位置造成梁偏移減少，因此正向力降低。是由 插拔過(guò)程中的過(guò)應(yīng)力，通常是因?yàn)椴徽_的或粗魯?shù)牟灏我鸬?，要通殼體和插拔過(guò)程中的過(guò)應(yīng)力，通常是因?yàn)椴徽_的或粗魯?shù)牟灏我鸬模んw和/ /或端子或端子 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)解決，例如增加導(dǎo)向結(jié)構(gòu)防過(guò)插入等。的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)解決，例如增加導(dǎo)向結(jié)構(gòu)防過(guò)插入等。 u應(yīng)力松馳應(yīng)力松馳 應(yīng)力松馳的結(jié)果是應(yīng)力S的

31、減少，從而正向力下降。 應(yīng)力松馳是不可避免的，只能控制，應(yīng)力松馳的速度與設(shè)計(jì)選擇的材料和施加的應(yīng)力及應(yīng) 用環(huán)境的溫度有關(guān)。應(yīng)力松馳依賴于時(shí)間和溫度。 23 四、連接器可靠性要求的測(cè)試四、連接器可靠性要求的測(cè)試 nEnvironmental Test (Thermal, Humid.) 環(huán)境試驗(yàn)(耐熱、濕度) * Heat. * Temp. cycling. * Cold. * Humidity. 耐熱、溫度循環(huán)測(cè)試、 * Shower * Soldering heat resistance. 耐濕、噴淋、焊錫耐熱測(cè)試 nEnvironmental Test (Corrosion, Others

32、) 環(huán)境試 驗(yàn)(腐蝕、其它) * SO2 gas. * H2S gas. * Salt spray. SO2氣體、H2S氣體、 * Weather. * Dust 鹽霧、耐氣候性、耐灰塵 nElectrical Test 電氣測(cè)試 * Current cycling. * Current aging. 電流循環(huán)、電流老化、 * Rush current. 過(guò)度電流測(cè)試 nMechanical Test 機(jī)械測(cè)試 * Vibration. * Shock. * Durability. 振動(dòng)、衝擊、耐久性、 * Fretting corrosion 摩擦腐蝕測(cè)試 nChemical Test 化學(xué)

33、金屬測(cè)試 * Solvent. * Flammability. * Oil. 抗溶劑性、耐火性、耐油性、 * Stress corrosion cracking. 應(yīng)力腐蝕開裂 nMixed Test 混合測(cè)試 * Vibration + Humidity. 振動(dòng) + 耐濕 24 四、連接器可靠性要求的測(cè)試四、連接器可靠性要求的測(cè)試 nElectrical Parameter 電氣特性 * Low-level Termination resistance. 微歐姆的連接電阻 * Voltage drop. * Insulation resistance. 絶緣電阻、耐壓、洩漏電流 * Diel

34、ectric withstanding voltage. 壓降、振蕩、瞬間斷電 * Leak current. * Chattering. * Electrical discontinuity. nMechanical Parameter 機(jī)械方面的特性 * Mate/Unmate force. * Retention Force. 插入/拔出力、保持力 * Locking strength. * Stress-Strain curve. 鎖緊強(qiáng)度、應(yīng)力-應(yīng)變曲線 * Torque. 扭力 nHigh Frequency 高頻特性 * Impedance. * Capacitance. 電磁抵

35、抗、靜電容量、電磁誘導(dǎo) * Inductance. * Cross-talk. * VSWR. 回路間串話、電壓駐波比 nChemical, Metallurgical 化學(xué)、金屬特性 * Plating thickness. * Hardness. * PH. 鍍金厚度、硬度、PH值 nAppearance 外觀 * Solderability. * Cross-section. 可焊接性、斷面、外觀、感覺(jué) * Visual. * Feeling. 25 Termination Resistance 接觸阻抗 Test Method 測(cè)定方法測(cè)定方法 R AB 二端點(diǎn)法二端點(diǎn)法 四端點(diǎn)法四端

36、點(diǎn)法 mV R C D I I 2 Probe Method 二端點(diǎn)法 * Include all resistance from A to B Probe and its contact resistance, R. * Suitable for high resistance as 1k- 2k. 4 Probe Method 四端點(diǎn)法 * Measure only R, between C and D. Not include probe and its contact resistance. * Suitable for low resistance as m level. 四、連接器

37、可靠性測(cè)試方法 Tyco 109-6 EIA 364-23A 樣品置于恒溫恒濕箱中，按如下的設(shè)定循環(huán)十次： Room Temp. 65: 9095% R/T 65: 9095% -10/cycle Purpose * Evaluate deterioration of connector in high temp. and high humidity atmosphere as the tropics. 験證在熱的環(huán)境的高溫高濕情況下、是否不至于劣化。 Mainly affect to corrosion of contact, housing deformation, deteriorati

38、on of insulation performance and so on. Those are able to detect by measuring of Insulation Resistance, Dielectric Withstanding Voltage and Termination Resistance. 端子材料的腐蝕、HSG的變形、絶緣性變差等所造成的影響，可以通過(guò)従測(cè)量絶緣電阻 、耐壓及接觸電阻的變化反應(yīng)出來(lái)。此測(cè)試在判斷産品是否適用於熱的環(huán)境上具有效 果。 四、連接器可靠性測(cè)試方法 Tyco 109-23 EIA 364-31B & IEC 60512-11-3/12 40 Temp