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 , 确定了影响接触电阻的各种因素 , 然后针对各种因素进
行摸底试验 , 根据试验结果计算出工序能力指数 , 找出影响接触电阻的主要原因 , 并根据找出的原因进行设计、
工艺上的改进 , 提高接触件加工的工序能力 , 以达到减少电连接器接触电阻值的分散程度、提高电接触可靠性
的目的。
关键词 : 电连接器 ; 接触电阻 ; 工序能力指数
中图分类号 : T M503
+
1 5 文献标识码 : A 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。
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 ]
, 或采用毫伏压降法 , 但无论采用哪种方法 , 实
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 ] 。
R 膜 为膜层电阻 , 它是接触件表面上的粘着膜、
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。
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
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.
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。
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
接触件的接触电阻与接触件材料的电阻率有密
切关系。如果产品所选用的接触件材料成分稳定 ,
材料电阻率变化很小 , 有效导电截面变化很小 , 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
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
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
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 ;
(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 型号 X1 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
插针插配针杆表面粗糙度为 R a 0 1 8, 标记为试品 Ⅰ ,
另一批插针插配针杆表面粗糙度为 R a 1 1 6, 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
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
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
试品 Ⅰ -
试品 1
试品 Ⅱ -
试品 1
试品 Ⅰ -
试品 2
试品 Ⅱ -
试品 2
上限值 /m Ω 6 6 6 6
均值 /m Ω 4. 131 4. 153 4. 559 4. 610
标准偏差 /m Ω 0. 446 8 0. 465 9 0. 470 4 0. 497 1
C pu 1 1 42 1 1 31 1 1 02 0 1 93
最大值 /m Ω 5 1 51 5 1 55 5 1 79 5 1 86
最小值 /m Ω 2 1 75 2 1 75 3 1 33 3 1 35
备注
试品 Ⅰ : 粗糙度为 R a 0 1 8 的插针 ;
试品 Ⅱ : 粗糙度为 R a 1 1 6 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
0 2 机 电 元 件 2006 年
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
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 试品 3 试品 4
上限值 /m Ω 6 6
均值 /m Ω 4. 601 4. 645
标准偏差 /m Ω 0. 423 5 0. 426 6
C pu
1. 11 1. 05
最大值 /m Ω 6. 73 6. 82
最小值 /m Ω 2. 47 2. 47
备 注
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 X2 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
插针插配针杆表面粗糙度为 R a 0 1 8, 标记为试品 Ⅲ ,
另一批插针插配针杆表面粗糙度为 R a 1 1 6, 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
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;
(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
的产品分别与插配针杆表面粗糙度为 R a 0 1 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 4 。
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 试品 Ⅲ 试品 Ⅳ
上限值 /m Ω 6 6
均值 /m Ω 4. 490 4. 689
标准偏差 /m Ω 0. 335 8 0. 393 4
C pu 1. 48 1. 12
最大值 /m Ω 6. 53 6. 92
最小值 /m Ω 2. 45 2. 46
备 注
试品 Ⅲ : 粗糙度为 R a 0 1 8 的插针 ;
试品 Ⅳ : 粗糙度为 R a 1 1 6 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 试品 5 试品 6
上限值 /m Ω 6 6
均值 /m Ω 4. 369 4. 457
标准偏差 /m Ω 0. 376 9 0. 367 1
C pu 1. 43 1. 39
最大值 /m Ω 6. 26 6. 44
最小值 /m Ω 2. 47 2. 47
备 注
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。
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。
5 改进措施
由于将插针针杆的表面粗糙度从 R a 1 1 6 提高为
R a 0 1 8 以及提高插孔插合孔内的清洁度 , 可以显著
提高工序能力指数 , 而当插孔与插配针杆表面粗糙
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1 2 第 3 期 薛云智等 : 影响电连接器接触电阻的工序能力研究
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 ≥
99 1 9 μ s 的瞬断想法是不正确的。如图 5 所示 , 导线断
开的瞬间其断电时间不一定为 99 1 9 μ s, 经常会随机显
示如 0 1 1 μ s 、 0 1 4 μ s 等很小的瞬断值。接触件分离或
导线断开前都会发生如图 5 所示的随机瞬断情况 , 这
是无论用什么样的开关或接点都无法预防的。
图 5 导线断开瞬间有一不确定的振动区域
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 , 有时甚至不作出任何反应 , 由此用户往往
对仪器是否能正常使用产生疑虑。分析原因 , 这是
因为仪器内部电路是由超高速数字电路构成的 ,
NM — 10A 可追踪最高为 0 1 05 μ s 的动作速度 , 当捕
捉到的瞬间断电时间小于 0 1 05 μ s 时 , 仪器即不作
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,
14 (1) : 53 — 57.
( 上接第 21 页 )
度为 R a 0 1 8 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 1 1 6 提高为
R a 0 1 8;
(2) 提高开槽插孔插合孔内的清洁度。
6 结束语
通过对我公司代表型号产品的研究、试验和分
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
电元件 , 2001, 21 (2) : 35.
[2] 刘先曙 . 电接触材料研究和应用 [M ]. 北京 : 国防
