電接觸故障中的微動(dòng)因素影響與方法研究.pdf

1、移動(dòng)電子設(shè)備如筆記本電腦、移動(dòng)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(shí)最為關(guān)心的話題。然而，近幾年來，移動(dòng)電子設(shè)備卻正成為消費(fèi)者投訴的熱點(diǎn)，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(dāng)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(duì)失效表面分析，發(fā)現(xiàn)污染物通過接觸表面微動(dòng)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(dòng)電話樣品并經(jīng)初步復(fù)

2、檢和測試，甄選出確認(rèn)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(dòng)效應(yīng)等方面分析其對(duì)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(dòng)及接觸表面相對(duì)微動(dòng)時(shí)引起電接觸故障的過程，揭示了微動(dòng)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(shí)對(duì)影響微動(dòng)的一些因素如連接器結(jié)構(gòu)、內(nèi)外環(huán)境的振動(dòng)和沖擊進(jìn)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(dòng)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(dòng)對(duì)接觸表面可靠性的影響，表現(xiàn)在下述三個(gè)方面：首先，微動(dòng)造成接觸表面鍍層材料的粘接和磨損，進(jìn)而暴露中間鍍層甚至基底材料，電接觸性能下降；其次，微動(dòng)腐蝕和氧化。微動(dòng)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(xué)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(dāng)超過一定厚度時(shí)，接觸電阻急劇升高：最重要的是，微動(dòng)將引起接觸區(qū)外的塵土顆粒等污染物進(jìn)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(dòng)中容易劃傷接觸表面，加速表面磨損和氧化，同時(shí)，也可能在微動(dòng)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(jī)性。 2)造成故障連接器接觸表面微動(dòng)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(dòng)痕跡，其微動(dòng)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(dòng)幅值相對(duì)最大，電池連接器微動(dòng)幅值最短；但同時(shí)，在同一類型連接器表面，其微動(dòng)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(dòng)模式，影響微動(dòng)痕跡的因素也是復(fù)雜多變的，其微動(dòng)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(dòng)痕跡直線型、微動(dòng)痕跡曲線型以及微動(dòng)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(dòng)距離相對(duì)較長。 3)接觸表面顆粒可靠性影響的物理模型分析。通過將接觸表面顆粒簡化為球形剛性體，利用靜力學(xué)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(dòng)摩擦系數(shù)等參數(shù)對(duì)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(duì)微動(dòng)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(dāng)顆粒沿PCB接觸表面微動(dòng)時(shí)，也會(huì)引起顆粒與觸頭接觸表面間的相對(duì)微動(dòng)趨勢，微動(dòng)

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(duì)電接觸可靠性影響的有限元模擬。對(duì)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(duì)微動(dòng)，微動(dòng)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(duì)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(shí)際接觸面積，其對(duì)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(dòng)來源之——振動(dòng)和沖擊因素對(duì)接觸可靠性影響的初步分析。通過對(duì)連接器進(jìn)行的結(jié)構(gòu)有限元分析，結(jié)果表明，接觸正壓力的波動(dòng)是導(dǎo)致接觸表面微動(dòng)的主要原因，微動(dòng)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(yùn)行條件下的頻率范