典型尘土颗粒对电接触的影响.pdf

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1、第6期2011年12月机电元件ELECTROMECHANICALCOMPONENTSV01．31No．6Dee．20ll典型尘土颗粒对电接触的影响刘利彪，周怡琳(北京邮电大学电接触科研室，北京100876)摘要：尘土污染是导致电接触故障的主要原因之一。选择具有代表性尘土颗粒进而研究尘土颗粒对电接触的影响至关重要，本文选取了三种尘土颗粒——石英、云母和方解石，采用触头样片接触对来模拟触点进行试验。本文研究了接触对中只有单个尘土颗粒时，尘土颗粒自身物理特性对电接触的影响；以及颗粒种类、尺寸、分布密度和接触压力等多因素对电接触的影响。关键词：尘土颗粒；电接触；接触电阻Doi：10．3969／j．i

2、ssn．1000—6133．2011．06．002中图分类号：TN784文献标识码：A文章编号：1000—6133(2011)06—0006—061概述在通信和电子系统中存在大量的电子连接，连接器的可靠接触保证了整个系统的正常运行。由于连接触点大多暴露在空气中，接触可靠性受周围环境的影响很大。其中，大气尘土污染是造成机电元件电接触不可靠的主要原因之一11J。研究表明，北京西部室内的尘土颗粒中无机化合物的重量百分比达70％，无机化合物包含24种物质，含量最高的为石英，其次为长石、方解石、云母和石膏等心J。这些尘土颗粒包括一些质地较硬的物质(莫氏硬度≥5)，如长石、石英等，也有一些质地较软的物质

3、(莫氏硬度<5)，如方解石和云母等。此外，研究还发现，在失效手机内部的PCB板上附着尘土颗粒的大小从1Ixm到2501xm不等，其中95％左右为101xm一501山m的颗粒，尘土密度最大的区域为30个／ram2。【33手机内部绝大多数的失效触点表面污染物(包括尘土颗粒、有机物和腐蚀产物等等)的覆盖面积占接触区面积的百分比都低于10％【4j。在尘土密度最大情况下，假设在1mm2收稿日期：2011—09—08上分布的30个尘土颗粒为球形，直径为501山m，则计算出在此情况下尘土覆盖面积百分比为5．9％(5．9％<10％。因此，假设值是合理的)。以9mQ为阈值，在试验中，当接触电阻值大于此值时，认

4、为尘土颗粒进入了接触界面。在自然暴露条件下，当尘土覆盖面积百分比为2．19％时，试验中触头压到尘土颗粒的概率达到90％15J。尘土污染对电接触的影响因素有很多，包括颗粒种类、尺寸、分布密度和接触压力等。本文解决了小尺寸单个尘土颗粒在接触对中定位困难的问题，进而结合光学显微镜分析接触对中只有单个尘土颗粒时，尘土颗粒自身物理特性对电接触的影响机理；此外，本文还研究了多因素对电接触的影响，并确定了在特定条件下各个因素对静态接触电阻所起作用的影响顺序。2试验方法2．1单尘土颗粒对接触电阻的影响以前，研究接触对中只有单个尘土颗粒情况时，颗粒尺寸在100txm左右。但是，手机内部PCB板第6期刘利彪等：

5、典型尘土颗粒对电接触的影响7上附着的尘土颗粒的尺寸较少分布在大于501-Lm的范围，这就与实际情况有较大的差别。为了更真实地模拟实际情况，本文试验对象选择颗粒尺寸为301山m左右的石英、云母和方解石颗粒。试验材料包含触头和样片，触头直径1mm，镀金厚度为1Ixm，样片基底为锡磷青铜，中间层为镀镍层，表面为镀金层(厚度是0．5¨m)。试验仪器为精密再定位接触电阻测试仪，如图1所示。该仪器可重复准确定位触头相对于样片表面位置，并通过四点法测得触头和样片之间的接触电阻值。样片被固定在固定台表面，固定台从精密定位装置上取下，并再次安装后的重定位精度在正负2斗m之内旧j，可满足试验要求。精图1精密再定

6、位接触电阻测试仪结构示意图试验方法为：首先，使用精密再定位接触电阻测试仪在样片表面压出一个凹痕；其次，取下固定台，将其放在显微镜下将尺寸合适的单个尘土颗粒推人样片表面的凹坑中；最后，将固定台重新安装在精密再定位接触电阻测试仪上，继而在相同的坐标下进行试验。2．2多尘土颗粒对接触电阻的影响研究多尘土颗粒对接触电阻的影响，需要确定多因素的各个水平，制定正交试验表，然后按照表格进行试验。2．2．1正交表中各因素水平的选取颗粒种类：因为云母颗粒的形状为片状，有别于石英、长石、方解石等的粒状结构，所以，本文试验中选择了硬质代表性颗粒石英和软质代表性颗粒云母、方解石作为研究对象。颗粒尺寸：因为进入手机内

7、部的尘土颗粒的尺寸主要集中在lOIxm～501山m之间，所以，本文研究的尘土颗粒选择三种尺寸，分别是1250目(粒径≤lOt．Lm)、800目(粒径≤18“m)和400目(粒径≤38斗m)。分布密度：在试验中，为了真实的模拟实际环境，颗粒分布密度的上限值应小于5．9％。在试验中，如果颗粒分布密度过低，就降低了触头压到尘土颗粒的概率，则绝大多数试验都导通状态，少数有意义的数据会被淹没在大量的数据中，达不到试验目