影响电连接器接触电阻的工序能力研究
第3期2006年9月
机电元件
E L ECTR OM ECHAN I CAL COM PO NENTS
Vol 126No 13
Sep 12006
工艺与材料
影响电连接器接触电阻的工序能力研究
薛云智, 党喜龙, 孙广成
(郑州航天电子技术有限公司, 河南 驻马店 463003)
摘要:文章首先分析了电连接器接触电阻的机理, , 行摸底试验, 根据试验结果计算出工序能力指数, , 、工艺上的改进, 提高接触件加工的工序能力, 、提高电接触可靠性的目的。
关键词:电连接器; 中图分类号:: 文章编号:1000-6133(2006) 03-0019-03
1 前 言
接触电阻是电连接器的关键电气性能之一, 它直接影响电子设备的信号传输和电气连接, 影响电子设备的性能稳定性、可靠性。接触电阻也是电连接器接通负载后产生接点温升、自身发热的主要原因。降低接触电阻、控制温升可以直接提高电连接器的使用寿命和可靠性。因此, 提高接触件加工的工序能力, 减少电连接器接触电阻值的分散程度, 对提高固有可靠性、增加产品的使用寿命具有重要作用。
际测得的电阻R 都由三部分组成, 可由下式表示:
R =R 导+R 收+R 膜
其中, R 导为导体电阻, 它是接触件和引出线的欧姆电阻之和, 其大小决定于接触件和引出线所选用的材料、截面形状及长度尺寸。
R 收为收缩电阻。众所周知, 一个接触件不管经
过多么细致的研磨和抛光, 从微观上看, 其表面总是凹凸不平的。因此, 当两个接触件彼此接触时, 其表面不可能完整地接触, 微观上是点与点的接触。当电流由一个接触件流向另一个接触件时, 电流线就受到收缩而产生阻力, 好像水由河道宽的地方流入河道窄的地方时受到阻碍而收缩一样, 因而所产生的电阻就称为收缩电阻
[2]
2 电接触机理
在实际测量电连接器的接触电阻时, 可使用按开尔文电桥四端法原理设计的接触电阻测试仪(毫欧计) , 其专用夹具夹在被测接触件端接部位两端
[1]
。
R 膜为膜层电阻, 它是接触件表面上的粘着膜、
, 或采用毫伏压降法, 但无论采用哪种方法, 实
表面晦暗膜及薄膜(如有机污染膜、界面润滑膜) 所
收稿日期:2006-06-29
军用继电器多采用此种方式。器, 计算和试验所获得的结果表明, 该设计是成功的。参考文献:
[1]胡鉴人1航天继电器抗振设计综述[J ]1继电器技术,
1980, (4) :9—18.
5 结束语
为了满足用户对产品高可靠性、耐高冲击、随机和正弦振动的要求, 我们研制并生产了该结构继电
20机电元件2006年
产生的电阻。膜层电阻与膜层厚度有关, 膜层愈厚, 电阻愈大。
电连接器的接触电阻由收缩电阻和膜层电阻组成。收缩电阻的大小与材料本身的特性(材料屈服极限等) 、生产工艺、接触表面的表面粗糙度和接触压力等有关, 主要影响接触电阻的标准方差; 膜层电阻的大小既影响接触电阻的均值, 又影响接触电阻的标准方差。
(2) 插孔插合孔内的膜层厚度; (3) 插孔单孔分离力。
4 摸底试验及试验结果的计算
插孔类零件一般分为斜开槽插孔(包括直开槽插孔) 、双曲线插孔两大类, 分别选取型号X1和型号X2作为代表型号。根据上述三个可能影响接触电阻的因素, 制定了相应的试验方案, 进行摸底试验。
4. 1 X 1, 其中一批
3 影响因素
电连接器的接触电阻受许多因素的影响, 归纳起来, 主要有以下几方面。3. 1 接触件材料
R a 018, 标记为试品Ⅰ, R a 116, 标记为试品Ⅱ, 这两批插针其它尺寸均按图纸要求进行;
(2) 按现有设计图纸特制两批插孔, 其中一批
切关系。, , , 则接触件的导体电阻值(R 导) 比较稳定。3. 2 接触件几何形状
改进了振动工序(振动时增加合适尺寸的钢针) , 以提高插孔插合孔内的清洁度, 其它均按图纸要求进行, 标记为试品1, 另一批未改进振动工序, 标记为试品2;
(3) 加工完成后, 用试品Ⅰ、试品Ⅱ与试品1、试
接触件的尺寸大小和表面粗糙度都影响接触电阻。由于受现有工艺方法的限制, 尺寸公差和形位公差累积后, 斜开槽(或直开槽) 插孔插合端的壁厚相差较大, 导致插孔分离力的范围较宽, 对收缩电阻存在影响。接触表面的表面粗糙度越小, 接触面积内的实际接触点的数量就越多, 则收缩电阻越小, 接触稳定性越高; 相反, 接触表面的表面粗糙度越大, 实际接触点的数量就越少, 使收缩电阻增大。同时, 接触表面的微观凹坑越多, 镶嵌在微观凹坑处的尘埃等微粒物质会越多, 导致膜层电阻增大。3. 3 接触件表面膜层
品2分别装配成产品, 然后两两组合并插合好后分别测出相应的接触电阻, 分别计算出相应的工序能力指数C pu , 试验结果见表1;
表1 插针粗糙度及插孔清洁度不同时
接触电阻值及工序能力指数
试品组合Ω上限值/mΩ均值/mΩ标准偏差/m
C pu
试品Ⅰ-试品1
64. 1310. [**************]5
试品Ⅱ-试品1
64. 1530. [**************]5
试品Ⅰ-试品2
64. 5590. [**************]3
试品Ⅱ-试品2
64. 6100. [**************]5
插孔插合孔内的吸附膜、沉积膜膜层容易产生膜层电阻, 如果经过振动、电镀前酸洗、除油等工序后膜层无法完全去除, 将严重影响产品的接触电阻值。3. 4 接触件镀层
Ω最大值/mΩ最小值/m
接触件表面一般均涂覆有一定厚度的硬金层, 而金镀层有极强的抗氧化腐蚀能力。同时, 如在硬金层外涂覆合适浓度的DJB —823电接触保护剂等, 则能有效阻止装配及使用阶段氧化膜的产生。
根据以上分析, 以下是可能影响接触电阻的因素:(1) 插针插配针杆表面粗糙度;
备注
试品Ⅰ:粗糙度为R a 018的插针;
试品Ⅱ:粗糙度为R a 116的插针; 试品1:提高插合孔内清洁度的插孔; 试品2:未提高插合孔内清洁度的插孔。
(4) 从零件库房领取已加工好的合格插孔, 以分离力范围的中心值为界限将插孔分为两部分, 其
第3期薛云智等:影响电连接器接触电阻的工序能力研究
表3 插针表面粗糙度不同时接触电阻值
及工序能力指数
试品编号Ω上限值/mΩ均值/mΩ标准偏差/m
C pu
21
中单孔分离力大于分离力下限且小于等于分离力范围的中心值的插孔标记为试品3, 单孔分离力大于分离力范围的中心值且小于等于分离力上限的插孔标记为试品4;
(5) 用试品3、试品4装配成产品, 然后将装配
试品Ⅲ
64. 4900. 33581. 486. 2. 45
试品Ⅳ
64. 6890. 39341. 126. 922. 46
的产品分别与插配针杆表面粗糙度为R a 0. 8的同一只插针插合后测出相应的接触电阻, 分别计算出相应的工序能力指数C pu , 试验结果见表2。
表2 单孔分离力不同时接触电阻值
及工序能力指数
试品编号Ω上限值/mΩ均值/mΩ标准偏差/m
C pu
Ω最大值/mΩ/m
试品3
64. 6010. 51. 6. 732. 47
试品4
备64. 61. 056. 822. 47
Ⅲ:粗糙度为R a 018的插针; 试品Ⅳ:粗糙度为R a 116的插针。
表4 单孔分离力不同时接触电阻值
及工序能力指数
试品编号Ω上限值/mΩ均值/mΩ标准偏差/m
试品5
64. 3690. 37691. 436. 262. 47
Ω最大值/mΩ最小值/m备 注
试品6
64. 4570. 36711. 396. 442. 47
试品3:分离力为0. 2N ～0. 5N 的插孔;
试品4:分离力为0. 5N ～0. 8N 的插孔。
4. 2 型号X 2产品的试验方案和试验结果
(1) 按现有设计图纸特制两批插针, 其中一批
C pu
Ω最大值/mΩ最小值/m备 注
插针插配针杆表面粗糙度为R a 018, 标记为试品Ⅲ, 另一批插针插配针杆表面粗糙度为R a 116, 标记为试品Ⅳ, 这两批插针其它尺寸均按图纸要求进行;
(2) 加工完成后, 用试品Ⅲ、试品Ⅳ分别装配成
试品5:分离力为0. 2N ～0. 35N 的插孔;
试品6:分离力为0. 35N ～0. 5N 的插孔。
产品, 然后与相应的测试工装插合好后分别测出相应的接触电阻, 分别计算出相应的工序能力指数
C pu , 试验结果见表3;
4. 3 试验结论
根据对试验结果的分析和工序能力指数可知, 插针针杆的表面粗糙度、插孔插合孔内的清洁度对接触电阻的影响较大, 而插孔单孔分离力对接触电阻的影响较小, 插孔单孔分离力对接触电阻影响不大是因为所采用的插孔均是合格的插孔, 其分离力范围已经考虑了对接触电阻的影响。
(3) 从零件库房领取已加工好的合格插孔, 以
分离力范围的中心值为界限将插孔分为两部分, 其中单孔分离力大于分离力下限且小于等于分离力范围的中心值的插孔标记为试品5, 单孔分离力大于分离力范围的中心值且小于等于分离力上限的插孔标记为试品6;
(4) 用试品5、试品6装配成产品, 然后将装配
5 改进措施
由于将插针针杆的表面粗糙度从R a 116提高为
R a 018以及提高插孔插合孔内的清洁度, 可以显著
的产品分别与插配针杆表面粗糙度为R a 018的同一只插针插合后测出相应的接触电阻, 分别计算出相应的工序能力指数C pu , 试验结果见表4。
提高工序能力指数, 而当插孔与插配针杆表面粗糙
(下转第36页)
36机电元件2006年
7 瞬断检测仪不能作为导通检测仪使用
有个别用户提出, 既然瞬断是动态监测导通回路中有否时通时断、似通非通的失效现象, 那么, 可否把瞬断检测仪作为导通检测仪使用? 为验证这一观点是否正确, 有的用户将一对插合的阴、阳接触件或一对剥头后绞合的导线快速分离断开, 试图用上述型号瞬断仪来检测出这一明显断路现象。
事实上, 使插合的接触件快速分离或使导线接通后断开, 影响这种断开方式所产生的瞬断时间的随机因素很多。认为导线线头接通后断开即会出现≥μs 的瞬断想法是不正确的。如图5所示, 9919
μ开的瞬间其断电时间不一定为9919
μs 、014μs 示如011
, 这
图5所示的导线断开瞬间有一不确定的振动区域, 这是判定似通非通、似断非断(即振动) 区域的值。同一根线每次测试的结果都是不一样的, 其瞬断值将根据导线断开瞬间的电压、电流、环境温度、湿度等多种因素决定。
有的用户为证明仪器工作是否良好正常, 经常在仪器使用前, 反复用导线线头使回路接通后断开, 观察瞬断仪有否反应。其结果仪器除出现上述现象外, , 由此用户往往。分析原因, 这是, μs 的动作速度, 当捕0105
μs 时, 仪器即不作0105
出反应。为验证在用的瞬断检测仪是否正常, 最可靠的方法还是应按照本文所述的校准方法对其进行校准。参考文献:
[1]杨奋为. 电连接器常规电性能检验技术研究[J ].电
子质量, 2001, (7) :31—33.
[2]王建军. 电连接器在动态应力环境中接触电阻的变
化及电接触瞬断的检测与研究[J ].机电元件,
2003, 23(2) :36—39.
[3]周永华. 电连接器的选择[J ].机电元件, 1994,
图5 导线断开瞬间有一不确定的振动区域
14(1) :53—57.
(上接第21页)
度为R a 018的插针插合时, 单孔分离力对产品接触电阻的影响不大, 同时现有插孔的单孔分离力范围比较合理, 进一步缩小插孔单孔分离力的范围比较困难, 故将改进措施确定如下:
(1) 插针针杆的表面粗糙度从R a 116提高为
R a 018;
析, 确定了影响产品接触电阻的主要因素, 采取了相应的措施, 并完善了相应的技术文件, 其结果使接触电阻数据的分散性得到改进, 提高了产品接触电阻的一致性。参考文献:
[1]杨奋为. 连接器常规电性能检验技术研究[J ].机
(2) 提高开槽插孔插合孔内的清洁度。
电元件, 2001, 21(2) :35.
6 结束语
通过对我公司代表型号产品的研究、试验和分
[2]刘先曙. 电接触材料研究和应用[M].北京:国防
工业出版社, 1979.