浅析开槽两瓣式接触对接触失效

王波

摘 要：电连接器必须要具有良好的品质和可靠性，确保接触可靠稳定，信号传输万无一失。本文就开槽两瓣式接触对接触失效的影响因素及控制措施进行了分析研究。

主题词：电连接器  接触对  失效

1 引言

电连接器虽然种类繁多，形式各异，但电信号的传输主要还是靠接触对的可靠接触来实现。本文就开槽两瓣式接触对接触失效的影响因素及控制措施，进行了分析研究，对电连接器的接触可靠性研究提供一定参考。

2 接触失效概述

2.1开槽两瓣式接触对

接触件是连接器完成电连接功能的核心零件，一般由插针和插孔组成接触对，通过插针、插孔的插合完成电连接。开槽两瓣式接触对一般由刚性插针和弹性插孔组成，插针对接端形状为圆柱形，插孔对接端为经过缩口的两瓣式开槽结构，有的对接端带有不锈钢护套。插孔是接触对的关键零件，它依靠弹性结构，在与插针插合时发生弹性变形而产生弹性力与插针形成紧密接触，完成连接。插针、插孔前端是实现插针与插孔有效接触的部位，后端为端接部位，用于与导线、印制板的连接，常见的有压接、焊接、直插/弯插印制板式等方式。开槽两瓣式接触对由于其具有结构简单，易加工的特点，而被广泛应用。

2.2接触失效

对于电连接器而言，电接触主要指的是相互配合的接插件（插针、插孔）之间的接触，开槽两瓣式接触对的接触，就是插针插入插孔后，插针与插孔两个金属片形成压力，使其机械地接触，使得自由电子能够自由地从一个金属片的原子晶格转移到另一金属片的原子晶格中去。产品丧失规定的功能称之为失效，接触失效作为电连接器中的一种失效形式，指的是电信号无法有效传输，主要表现形式有接触电阻增大、信号传输出现瞬断或断开。

3 接触失效影响因素

3.1 接触件材料

接触件的材料选择时应以连接器的性能要求为依据，强度、延展率、导电性、耐腐蚀性及机械加工方面进行考虑。插针选材时，为防止插针插拔时发生弯曲变形，应选择具有较高硬度和机械强度测材料。插孔选材比较关键，其硬度和弹性对接触可靠性影响较大，因此，为了保证插孔插合时接触可靠，防止开槽瓣发生塑性变形和应力松弛，插孔应选用具有较高弹性极限与疲劳极限和适当的弹性模量的材料。

在满足产品电性要求的情况下，应该尽量选择电阻率低、变化小的材料，电阻率变化小，材料的有效导电截面则变化小，接触件的接触电阻较稳定，同时也可降低电流通过时的温升。并且应选用供货稳定，材料一致性好的合格供应商，提高接触件一致性和稳定性。

3.2 插孔结构

插针与插孔的配合是一个弹性变形接触的过程，插针插入插孔时，插孔产生一定的弹性变形，与插针产生接触压力，接触压力的大小和稳定性将直接影响插针插孔接触配合的可靠性和稳定性。开槽两瓣式插孔通过对开槽的插孔进行收口和吊分离力，来控制插孔与插针有效电接触。为了保证电接触的有效性及稳定性，插孔的开槽宽度和开槽深度应当设计在合理范围内。开槽式插孔前端一般都设计有护管，可以防止不正确的对接插入导致插孔产生永久变形，同时也可限制大尺寸的针或其它零件插入，使插孔受到破坏。

因此，在进行插孔结构设计时，通过设计合理的对接端开槽结构，并选取合适的插入力、分离力控制要求，可有效将接触压力控制在一定的稳定范围内，保证接触对良好接触，提高接触可靠型和稳定性。

3.3 插孔加工工艺

铜合金由于其具有良好的导电性、力学性能和耐蚀性等优点，而广泛被连接器接插件所采用。插孔常用的材料有锡青铜和铍青铜两种，锡青铜具有高弹性极限、弹性模量、良好的耐磨与耐腐蚀性能，但锡青铜不能经热处理强化，而要通过冷却变形来提高强度和弹性性能。铍青铜是铜合金中性能最好的高级弹性材料，有很高的强度、弹性、硬度、疲劳强度的优点。铍青铜是热处理强化合金，经时效处理后，可以具有极好的弹性极限，同时强度、硬度也会得到提高。

在对不同材料的插孔进行生产时，零件加工工艺过程实现时，应对材料特性进行充分识别，对需进行热处理的插孔，应合理规定工艺参数及零件加工工艺顺序，避免因工艺参数不合理或加工顺序编排不合理，而导致插孔在后续的使用过程中，出现应力释放而导致接触失效的情况。

3.4 接触件表面磨损

插针和插孔在插合和分离过程中，插针和插孔由于处在一定的接触力下，由于相对运动而产生摩擦。以带护管的插孔合件为例，插孔合件在与插针对接时，插针穿过护管，然后撑开插孔开槽瓣，通过开槽瓣与插针之间的接触，保证信号传输。如下图所示：

图1  插针插孔对接示意图

接触对表面磨损的程度与插入力、分离力的大小，插孔内圆、插针对接端表面粗糙度，表面镀层厚度、硬度及致密度，以及接触对导向部位圆角是否光滑等因素均有关系。在满足电性能传输要求的前提下，应当尽量提高接触件接触面的表面粗糙度，提高接触件表面镀层质量，以降低接触对接触区的磨损。同时对插入力和分离力进行有效控制，保证插孔稳定性，降低接触压力，以达到提高接触稳定的目的。

3.5 接触件表面污染

电连接器用接触件表面一般会进行镀金处理，但实际电镀后镀金层存在微孔现象。当接触对在贮存和使用过程中，受水汽、手汗、尘埃等污染物影响，其嵌入接触件表面微孔，使接触件表面镀层被破坏，加剧基层材料的氧化腐蚀，造成接触电阻升高。由于腐蚀物电阻率较大，在接触压力小到难以擦破这层薄膜，或接触对工作在低电平场合，小信号的弱电流低电压，难以击穿这层薄膜时，就会出现接触电阻增大，电接触不良及接触断开，信号能不过的现象。 因此应对接触对的使用环境加以控制，避免手汗及多余物污染。

4 结束语

接触可靠性作为电连接器的关键电性能指标之一，直接关系电连接器电信号传输的可靠性。保证接触件可靠接触，进行有效性控制，降低离散性，保证其稳定性，对于保证电子元电器设备信号传输的稳定性和可靠性是很有必要的。本文通过对开槽两瓣式接触对接触失效的主要影响因素进行了探讨分析，对电连接器接插件可靠接触的研究具有一定的指导意义。

参考文献：

[1] GJB599A-93  耐环境快速分离高密度小圆形电连接器总规范

[2] GJB1216-91  电连接器接触件总规范