連接器可靠性是電子系統中的重要因素,并且可能對產品性能產生重大影響。作為一個可拆卸的單元,它的配套連接器接口可以被移除,允許獨立制造零件以便在中心位置組裝,并且更容易維護和升級組件。 連接器的可靠性是電子系統中的一個重要因素,并且會對產品性能產生重大影響。
大部分連接器的可靠性在結構上主要與觸點間的斑點形狀、正向力、匹配方式、接觸平滑度、材料性能有關。工作環境主要與環境溫度、環境污染和負載頻率有關。
1.不同形狀的斑點會導致擴散電阻的差異
圓形斑點的電阻值與半徑有關,矩形斑點的電阻值取決于斑點的縱橫比,環形斑點的電阻值取決于外環的半徑和厚度,方形環形斑點的電阻值與圓形斑點的電阻值相似,其接觸電阻值與環的厚度和邊長有關。這些光點的傳輸性能也有好有壞。例如,對于相同的接觸面積,銅-金屬界面上的方形環形斑點的接觸電阻最低,其次是圓形斑點,再次是圓形斑點,方形斑點的電阻最高。
2.匹配方式連接器的匹配方式按其形式可分為點接觸方式、線接觸方式和面接觸方式。
根據霍爾姆定理,接觸斑點越多,接觸電阻越小,點接觸電阻最高,點接觸最多,接觸電阻最小,線接觸斑點和接觸電阻的中間值。大組薄膜電阻與接觸壓力有關。在壓力相等的情況下,點接觸方式的接觸壓力最大,薄膜最容易損壞。就膜電阻而言,電接觸模式小于線接觸模式,面接觸模式最大。
3.正壓力由于連接器的接觸面粗糙不平,材料在正壓力的作用下會伴隨一定程度的塑性變形,使接觸面積擴大,從而降低接觸電阻。連接器接觸面的污染膜在一定的正向力的作用下會破裂,使膜的電阻值大大降低。因此,在一定程度上,較大的接觸壓力是保證連接器可靠性的關鍵。
4.觸點平滑度
接觸平滑度對接觸電阻的影響本質上是接觸次數的影響。如果相互匹配的平面表面粗糙,則材料表面的微凹陷和凸起容易相互接觸,導致更多的接觸點,從而降低接觸電阻。同時,這些凹凸不平的凸點也起到了去除氧化膜,降低薄膜電阻的作用。對于精加工的接觸表面,接觸斑點的數量往往較低,接觸電阻值高于粗糙表面,但光滑表面在穩定性方面表現更好。
5.材料特性材料的電阻率和硬度是決定接觸電阻的關鍵因素
低電阻率和柔軟的材料是保證低接觸電阻的關鍵。其化學性質和耐高溫性能決定了其在復雜外界環境下的可靠性。化學穩定的金屬表面不易產生污染膜,耐高溫性能好的金屬能抵抗高溫引起的材料軟化和應力松弛。
6.環境工作溫度電流、摩擦和環境是連接器溫升的熱源
金屬材料在這種高溫的作用下硬度會降低,實際接觸面積和接觸次數會增加,接觸電阻也會降低。通常在高溫環境下,材料的電阻率會有一定程度的增加,并伴隨著接觸電阻的增加。接觸面積和電阻率在高溫環境下有增有減,兩者的影響相互抵消,所以對接觸電阻的影響可以忽略。然而,溫度對薄膜電阻的影響不容忽視。高溫可以催化金屬表面的化學反應,加速氧化物的生成和金屬擴散,使氧化膜變厚,接觸電阻增大。汽車行駛過程中發動機會產生大量的熱量,所以需要散發蒸汽,保證連接器在可接受的范圍內運行。
7.環境污染
環境污染對連接器的影響表現為化學腐蝕和電化學腐蝕。化學腐蝕主要發生在受污染的氣體環境中(例如,氧氣、二氧化硫、氯氣等。),連接器在這些氣體的化學作用下產生化學物質,導致電阻增大。與化學腐蝕不同,電化學腐蝕通常需要電解質溶液的參與。兩種電極電位不同的金屬在導電溶液中產生電位差,正負離子在電場作用下移動,產生電偶反應腐蝕金屬。析氫腐蝕和吸氧腐蝕是最常見的電化學腐蝕類型。
8.負載頻率和DC電流傳輸的區別在于,連接器傳輸交流電流時會產生集膚效應(電流聚集在導體表面),限制了電磁場的穿透深度,使收縮群增長。這種影響在大負載頻率下更加明顯。
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