電接觸故障中的微動因素影響與方法研究.pdf

1、移動電子設(shè)備如筆記本電腦、移動電話、MP3等在人們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用越來越廣泛，其使用的可靠性一直是人們選用此類產(chǎn)品時最為關(guān)心的話題。然而，近幾年來，移動電子設(shè)備卻正成為消費者投訴的熱點，其中，由于設(shè)備零部件可靠性不高引起的設(shè)備失效投訴占有相當大的比重。初步的故障檢查判定中，由于連接器接觸故障導(dǎo)致的設(shè)備失效是其重要原因之一，根據(jù)對失效表面分析，發(fā)現(xiàn)污染物通過接觸表面微動而聚集，從而導(dǎo)致故障。因此，本文擬通過收集大量失效移動電話樣品并經(jīng)初步復(fù)

2、檢和測試，甄選出確認為連接器故障引起失效的連接器，從其接觸表面污染物、接觸電阻和微動效應(yīng)等方面分析其對電連接可靠性的影響，剖析導(dǎo)致連接器故障的主要原因。隨后利用Ansys有限元軟件，模擬了接觸表面污染物顆粒微動及接觸表面相對微動時引起電接觸故障的過程，揭示了微動中各相關(guān)參數(shù)如接觸壓力、摩擦系數(shù)及污染物顆粒特性與接觸可靠性的關(guān)系，同時對影響微動的一些因素如連接器結(jié)構(gòu)、內(nèi)外環(huán)境的振動和沖擊進行了初步的分析和探討，其結(jié)論可用于改善和提高連接器

3、工作的可靠性。 具體的研究成果可歸納如下： 1)接觸表面微動及其造成的表面污染物聚集是導(dǎo)致連接器接觸故障的主要因素。微動對接觸表面可靠性的影響，表現(xiàn)在下述三個方面：首先，微動造成接觸表面鍍層材料的粘接和磨損，進而暴露中間鍍層甚至基底材料，電接觸性能下降；其次，微動腐蝕和氧化。微動導(dǎo)致暴露的中間鍍層或基底材料氧化，尤其在腐蝕性環(huán)境中，由于接觸表面不同金屬間的電位差引起的電化學腐蝕，其腐蝕速度更快，氧化及腐蝕的生成物，絕緣電

4、阻較高，粘附在接觸表面形成絕緣膜層，隨著絕緣膜層的逐漸堆積增厚，當超過一定厚度時，接觸電阻急劇升高：最重要的是，微動將引起接觸區(qū)外的塵土顆粒等污染物進入接觸區(qū)并覆蓋在其表面，塵土顆粒為高絕緣物，含有硬度較大的硅鋁氧化物等成分，微動中容易劃傷接觸表面，加速表面磨損和氧化，同時，也可能在微動中鑲嵌入接觸表面，引起金屬接觸表面的分離，從而造成接觸故障，且塵土顆粒造成接觸故障具有隨機性。 2)造成故障連接器接觸表面微動痕跡的因素十分復(fù)雜

5、。幾乎所有連接器接觸表面均發(fā)現(xiàn)有微動痕跡，其微動幅值與連接器的類型、位置、結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)：SIM卡連接器微動幅值相對最大，電池連接器微動幅值最短；但同時，在同一類型連接器表面，其微動幅值也存在很大的差異，由此可以推斷，接觸表面痕跡存在多種微動模式，影響微動痕跡的因素也是復(fù)雜多變的，其微動痕跡是多種模式和因素以及使用環(huán)境綜合作用的結(jié)果。按照其形貌大致可以分為三種類型：微動痕跡直線型、微動痕跡曲線型以及微動痕跡模糊型，其中，直線型和曲線型滑

6、痕約占總數(shù)的一半，微動距離相對較長。 3)接觸表面顆?？煽啃杂绊懙奈锢砟Ｐ头治觥Ｍㄟ^將接觸表面顆粒簡化為球形剛性體，利用靜力學分析方法討論了顆粒尺寸、觸頭半徑、接觸壓力以及接觸表面滑動摩擦系數(shù)等參數(shù)對接觸可靠性的影響。結(jié)果表明，在一定接觸壓力下，顆粒與接觸表面發(fā)生相對微動的尺寸與接觸表面曲率半徑、顆粒與觸頭以及顆粒與印制電路板(PCB)間摩擦系數(shù)相關(guān)，當顆粒沿PCB接觸表面微動時，也會引起顆粒與觸頭接觸表面間的相對微動趨勢，微動

7、中，降低觸頭與PCB接觸表面間接觸正壓力，造成觸頭脫離PCB表面，引起電接觸故障。 4)接觸表面顆粒對電接觸可靠性影響的有限元模擬。對包含硅鋁等成分的硬顆粒而言，接觸壓力的大小、方向、接觸表面摩擦系數(shù)和顆粒自身的形貌尺寸是影響接觸可靠性的主要因素，若顆粒在接觸壓力作用下完全嵌入到接觸表面，則觸頭和PCB仍然可以保持良好的接觸狀態(tài)；沒有完全嵌入接觸表面的顆粒，若顆粒處于觸頭正下方，或顆粒與PCB表面及觸頭之間有相對微動，微動過程中

8、將導(dǎo)致觸頭與PCB脫離接觸造成斷路現(xiàn)象。而對于軟質(zhì)顆粒，由于其在接觸正壓力下的輾壓變形及碎裂，粘附在接觸表面，減少了觸頭與PCB的實際接觸面積，其對電接觸的影響與顆粒碎裂后粘附在接觸表面形成的膜層厚度有關(guān)。 5)微動來源之——振動和沖擊因素對接觸可靠性影響的初步分析。通過對連接器進行的結(jié)構(gòu)有限元分析，結(jié)果表明，接觸正壓力的波動是導(dǎo)致接觸表面微動的主要原因，微動的幅值與連接器結(jié)構(gòu)相關(guān)；其次，模態(tài)分析發(fā)現(xiàn)周圍環(huán)境和運行條件下的頻率范