目　　　　錄

第一章 連接器總述 2

第二章 接觸介面及接觸過程 20 

第三章 接觸鍍層 32

第四章 接觸彈片材料 62

第五章 連接器用工程熱塑性材料 85

第六章 可分離式電連接器 102

第七章 永久性連接概述 121

第八章 電線與線纜      125

第九章 電線與線纜的機(jī)械式永久連接      138

第十章 印刷電路板 157 

第十一章 至電路板的永久性連接     173

第十二章 連接器的應(yīng)用     187

第十三章 連接器的類型     213 

第十四章 連接器／插座測(cè)試     234 

 

第一章　連接器總述

　　這一章包括連接器技術(shù)的總述，在后面的章節(jié)之中將會(huì)提供各獨(dú)立主題的詳細(xì)背景數(shù)據(jù)。

　　定義一個(gè)連接器至少有兩種方法：從功能上和從結(jié)構(gòu)上。

　　第一種描述連接器的方法是就其應(yīng)該達(dá)到和必須達(dá)到的要求而言的。這樣的定義集中在連接器所應(yīng)用的功能性和操作的環(huán)境。第二種描述連接器的方法集中在連接器本身，及它的設(shè)計(jì)方法和制造材料。由于連接器的應(yīng)用、操作環(huán)境及功能性要求直接影響連接器的設(shè)計(jì)，本文就從連接器的功能性定義開始。

1.1　連接器功能

　　連接器的應(yīng)用范圍十分廣泛，本手冊(cè)的重點(diǎn)將會(huì)放在電連接器上，其主要應(yīng)用于３C產(chǎn)品。從這個(gè)重點(diǎn)可以提出電連接器的功能性定義是：

　　電連接器是一種電機(jī)系統(tǒng)，其可提供可分離的界面用以連接兩個(gè)次電子系統(tǒng)，并且對(duì)于系統(tǒng)的運(yùn)作不會(huì)產(chǎn)生不可接受的作用。

　　定義中關(guān)鍵詞是”電機(jī)系統(tǒng)”，”可分離的”和”不可接受的作用”。

　　連接器是一種電機(jī)系統(tǒng)是因?yàn)椋�它是通過機(jī)械方法產(chǎn)生的電性連接。如將要討論到的，機(jī)械式彈簧的偏向會(huì)在配合的兩部分間產(chǎn)生一個(gè)力量，這就使得接口配合面之間產(chǎn)生金屬性接觸。應(yīng)用連接器在首要地方的原因是配合接口具有可分離性�？煞蛛x性的需要性具有很多的原因。它可以使得獨(dú)立地制造部份或子系統(tǒng)而最后裝配可在一個(gè)主要的地方進(jìn)行�？煞蛛x性也可以使得零件或子系統(tǒng)的維護(hù)或升級(jí)不必修改整體個(gè)系統(tǒng)。可分離性得以應(yīng)用的另一個(gè)原因是可攜帶性和支持外圍設(shè)備的擴(kuò)展。

　　另一方面，定義中的可分離性引入了一個(gè)額外的子系統(tǒng)間的界面，此界面不能引入任何”不可接受的作用”，尤其是在系統(tǒng)的特性上不能受電訊的影響，這些影響包括如不可接受的扭曲變形和系統(tǒng)間的信號(hào)退化，或者是通過連接器的電源損失，以毫伏損失計(jì)算的電源損失，將會(huì)成為功能性的主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，因此主機(jī)板的電力需求也將增加。

　　可分離性的需求和”不可接受性”的限度要由連接器的應(yīng)用而定。可分離性包括配合周期的數(shù)目，配合周期是指連接器在不影響其性能必須提供的，以及與另一連接器相配合所必需的作用力。典型的配合周期需求其范圍從內(nèi)部連接器的幾十個(gè)周期到外圍設(shè)備的幾千個(gè)周期，比如PCMCIA型連接器。由于電路或功能的數(shù)量以及連接器互相連接的增加，配合力量的需求變得更加的重要。為了提供更多的功能性，連接器上端子的位置也必須要增加，這樣就導(dǎo)致了更高的連接器配合力量。由連接器的使用和功能而定，其端子數(shù)從幾十到上千不等�？煞蛛x性和配合力量需求將會(huì)詳細(xì)地在1.5.1部分中論述，同時(shí)歸類連接器的互相連接的技術(shù)水準(zhǔn)也將加以描述。

　　現(xiàn)在我們將要考慮的轉(zhuǎn)向第二種定義連接器的方法-結(jié)構(gòu)性的或者說設(shè)計(jì)/材料上的定義。

1.2  連接器結(jié)構(gòu)

　　一個(gè)基本的連接器包括四個(gè)部分：

‧ 接觸界面

‧ 接觸涂層

‧ 接觸彈性組件

‧ 連接器塑料本體

　　上述組件已列在圖表1.1中。

　　本手冊(cè)將會(huì)在后面的章節(jié)中詳細(xì)介紹上述組件中的每一件，既要從材料上又要從設(shè)計(jì)上介紹。從這個(gè)意義上，一個(gè)概要的各個(gè)組件介紹將能提供足夠后述討論的上下文背景。

圖1.1為簡(jiǎn)要的連接器相交剖視圖，插圖(A)為接觸涂層示意圖，插圖(B)為接觸界面微觀結(jié)構(gòu)圖。

1.2.1接觸界面

　　事實(shí)上必須考慮到有兩種不同的接觸界面：可分離界面和固定(永久性)界面�？煞蛛x界面(圖1.1， 插圖A)由于在首要的地方使用連接器而已經(jīng)被明確的提到。固定(永久性)界面是當(dāng)兩個(gè)子系統(tǒng)相連接時(shí)在連接器功能性定義中被提到。這些界面被稱為固定(永久性)界面是因?yàn)�，一般說來(lái)它們只制造一次而固定使用。固定連接的例子包括位于圖1.1左邊的卷曲型連接和位于圖1.1右邊的壓力型。在可分離性界面和固定連接之間存在很多的不同點(diǎn)，包括結(jié)構(gòu)上和需求上的，它們?cè)诨�本組件上具有共同之處.在兩種情況下，產(chǎn)生和維護(hù)金屬接觸界面需要達(dá)到我們所期望的電力要求。此外，在兩種情況下，金屬性界面的產(chǎn)生是通過機(jī)械方法。

　　可分離界面是在每次連接器配合時(shí)建立的。界面的結(jié)構(gòu)主要是由接觸端的幾何形狀、端子之間的作用力以及接觸涂層而定。如圖1.1中插圖B所示，可分離界面包括有微小的連接部，位于微觀下的粗糙表面在常力的接觸之下。可分離界面形態(tài)學(xué)將會(huì)在第二章中加以詳細(xì)描述‧從這個(gè)意義上講，足以陳述接觸界面的形態(tài)學(xué)將決定三個(gè)重要的連接器功能性參數(shù)：接觸阻力，連接器配合力以及連接器耐用性(例如：配合周期將仍然支持其性能而不會(huì)退化)。

　　很多固定式連接分屬于兩種基本類別：治金式和機(jī)械式。治金式如焊接，它要由連接器和子系統(tǒng)之間接觸界面的結(jié)構(gòu)而定。低溫焊接是主要的治金式連接，高溫焊接同樣也被應(yīng)用，并且在較小的線纜中應(yīng)用得越來(lái)越多。低溫焊接連接在制造印刷線路板裝配上尤其重要。而許多零組件要被焊接在印刷線路板，連接器就是其中最大的零組件之一。兩種主要的焊接技術(shù)：穿孔焊接和表面焊接將會(huì)在1.4.2部分和第11章中介紹。

機(jī)械式的固定連接有卷曲型，insulation displacement，壓力型，遮蔽型。機(jī)械式的固定連接的圖解如圖1.2所示。

卷曲型和insulation displacement型連接主要用在線纜上，壓力型連接主要用于通孔鍍金的印刷線路板上，遮蔽型連接是用在插入式印刷線路板。每一種都將會(huì)在后面的章節(jié)中詳細(xì)介紹。

1.2.2 接觸涂層

　　接觸涂層如圖1.1中插圖A所示，顯示了兩個(gè)重要的功能：

�。�避免接觸彈簧基部金屬腐蝕

　．優(yōu)化接觸界面的結(jié)構(gòu)

　　第一個(gè)功能非常簡(jiǎn)單僅僅需要接觸彈簧組件一般為銅合金，完全被涂層覆蓋，并且涂層自身能防腐蝕和能像薄膜一樣覆蓋在表面。而第二個(gè)功能就要復(fù)雜得多。

　　優(yōu)化接觸界面的方法，其實(shí)質(zhì)就是對(duì)出現(xiàn)在接觸界面上的薄膜的規(guī)劃管理。如前所述，一個(gè)穩(wěn)定且較小的接觸阻力由一不含薄膜的金屬界面產(chǎn)生。兩種主要的接觸涂層，貴重金屬(金，鈀以及由它們組成的合金)和非貴重金屬(如錫)，它們的不同主要是指在接觸界面上的薄膜類型。對(duì)貴重金屬(尤其是金)來(lái)說，接觸涂層是惰性的，維護(hù)接觸界面的完整性需要保護(hù)防止外部涂層的薄膜形成，主要是防止銅的接觸彈簧。對(duì)錫這種最常用的非貴重金屬來(lái)說，存在其表面的氧化問題是主要被考慮的。這些不同的腐蝕過程將被反映到連接器的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和性能上。接觸涂層的性質(zhì)和選擇的標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)在第3章中加以討論。我們?cè)��?jīng)考慮過可分離式和固定式接觸界面。事實(shí)上一些不同的涂層被用于可分離式和固定式連接接觸末端。此類接觸與雙向電鍍相關(guān)。最普通的雙向接觸電鍍包括一個(gè)金-鎳合金可分離式界面和鍍錫固定式界面。

　　貴金屬鍍層．貴金屬鍍層實(shí)際上是一個(gè)復(fù)合層，它是指在前面第1.1圖A中所述的接觸彈片基材上覆蓋一層鎳，然后在鎳的表面上再覆蓋一層貴金屬。常見的貴金屬表面鍍層是純金，但現(xiàn)在也有用鈀或者鈀合金代替純金的，而且這種做法還在呈上升趨勢(shì)。在許多情況下，鈀或鈀合金層與純金層接合使用以防止來(lái)于比純金抗腐蝕能力差的鍍層被腐蝕的影響。典型的貴金屬層是在1至2.5微米厚的鎳層上覆蓋0.4至0.8微米厚的貴金屬層。在鈀或鈀合金表面的純金層只有0.1微米厚。下面兩種鈀合金最常用：80%的鈀與20%的鎳和60%的鈀與40%的銀。

　　鎳底層在幾個(gè)方面提高了接觸性能。這幾點(diǎn)將在第三章進(jìn)行詳細(xì)說明，下面僅列出來(lái)供參考。

․減少孔隙腐蝕

․提供轉(zhuǎn)移腐蝕對(duì)象的覆蓋層

․限制基材成分的分布

․提高鍍層的耐久性

　　普通金屬鍍層．錫是最常用的普通金屬鍍層，錫鍍層的厚度介于2.5到5微米之間。現(xiàn)在越來(lái)越多地用錫作鍍層，因?yàn)�，即使錫被氧化，在插拔過程中，錫氧化物也會(huì)很輕易地脫落，從而不影響導(dǎo)電性能。然而，表面層再氧化會(huì)以磨損的方式降低錫接合面的機(jī)械性能。磨損來(lái)源于幾微米到幾十微米的微小滑移。由于在磨損過程中，部分鎳被再次氧化，從而使得鍍層的電阻增加。對(duì)于用錫作為鍍層的連接器來(lái)說，預(yù)防磨損是最重要的工作。較大的接觸壓力和使用合適的潤(rùn)滑濟(jì)是兩種能有效地降低磨損的途徑。這一點(diǎn)將在第三章詳述。其它的普通金屬鍍層，包括鎳和銀，也將在第三章詳述。

總之，對(duì)貴金屬鍍層來(lái)說，保護(hù)貴金屬層是首要目的；對(duì)錫鍍層來(lái)說，防止磨損是首要目的。這些考慮方向的不同將直接影響連接器的設(shè)計(jì)參數(shù)。例如，正常壓力大小、接觸處幾何形狀、絕緣本體設(shè)計(jì)以及諸如插拔力和耐久性等的結(jié)構(gòu)特性等都將受到影響。這些都將在第三章敘述。

1.2.3接觸彈片 

　　接觸彈片在連接器上具有以下3個(gè)作用：

　　․在組件之間提供一條導(dǎo)通電訊的路徑

　　․產(chǎn)生形成并維持接觸彈片接觸面的壓力

　　․形成穩(wěn)固的接觸

　　第一個(gè)作用，只要使用常用的銅或者銅合金材料就可輕易達(dá)到令人滿意的效果。銅合金的導(dǎo)電率雖然不是很低，只有銅導(dǎo)電率的10%到30%，但是，對(duì)大多數(shù)連接器來(lái)說，這個(gè)導(dǎo)電率已經(jīng)足夠了。然而材料的導(dǎo)電率在用作高電流或能量分配的連接器中的確起著越來(lái)越重要的作用，因?yàn)�，在這種連接器中，由爾熱和微電壓降引起的規(guī)定溫升要求更低的阻抗。

　　其它兩個(gè)作用就要復(fù)雜的多，并且涉及到材料特性和設(shè)計(jì)參數(shù)之間的相互作用。接觸彈片包括兩種基本類型：插座彈片，通常是彈性的；插頭彈片，通常是剛性的，它使插座彈片產(chǎn)生彈性變形，從而產(chǎn)生固持力。圖1.3顯示了插頭彈片的外形圖，圖1.4顯示了插座彈片的外形圖。圖1.3顯示了帶有插入插座彈片的金手指的打印電路板和導(dǎo)柱/端子插頭的幾何外形。導(dǎo)柱與端子的外形不一樣，導(dǎo)柱是方的，而端子是圓的。圖1.4顯示了幾種連接器的設(shè)計(jì)，所有這些都要與接觸彈片對(duì)接。事實(shí)上，所有的這些設(shè)計(jì)都顯示了尤其與一種稱為25方的接觸彈片對(duì)接，該接觸彈片呈正方形，邊長(zhǎng)為0.025英寸。

我們必須綜合考慮材料的各種性能，并力求達(dá)到均衡。對(duì)于可分離式接觸界面，接觸彈片彈性的主要功用是提供介于兩插接面的對(duì)接力。材料特性指楊氏模數(shù)和屈服極限。這些性質(zhì)嚴(yán)重地影響著彈性偏移性能和彈性偏移量。屈服極限也很重要，因?yàn)樗�可降低插拔力。然而彈性�?qiáng)度必須與制造和卷曲性能對(duì)應(yīng)。例如，用于提供在對(duì)接面產(chǎn)生彈性對(duì)接力的機(jī)械強(qiáng)度(用屈服極限來(lái)衡量)是與成型性能和鍛造性能相互對(duì)立的。以下各章將陸續(xù)對(duì)此進(jìn)行討論。

1.2.4連接器本體部分 

　　連接器本體部分具有如下作用：

․使各接觸彈片相互隔離，不能電性導(dǎo)通

․固定各接觸彈片

․對(duì)各接觸彈片進(jìn)行機(jī)械保護(hù)

․對(duì)各接觸彈片進(jìn)行工作環(huán)境遮蔽保護(hù)

　　最后一個(gè)作用—環(huán)境遮蔽，與連接器本體的設(shè)計(jì)有關(guān)，尤其與連接器本體的封閉程度有關(guān)。這種遮蔽效果在惡劣的環(huán)境中顯得尤其重要。圖1.5顯示了一個(gè)有關(guān)環(huán)境遮蔽的直觀例子。該圖顯示的試件是鍍銀的，并且是在被暴露于模擬工業(yè)環(huán)境的情況下插到圖示的連接器的卡邊。環(huán)境中的硫腐蝕了金屬外表。然而，當(dāng)試樣插入本體后，腐蝕便停止了。雖然卡邊還有一條卡邊緣槽，但是，遮蔽效果還是相當(dāng)理想的。更為重要的是，這種影響可以從暴露于這種環(huán)境的連接器的接觸彈片阻值變化看出來(lái)。

　　圖1.6顯示了仿真工業(yè)環(huán)境和暴露時(shí)間對(duì)接觸彈片阻值的影響。實(shí)驗(yàn)環(huán)境中包括硫氫化物、氮氧化物和氧化物，濃度為十億分之幾十到幾百就足夠了。數(shù)據(jù)對(duì)插接的和未插接的連接器都適用。樣品也獲得了一些抵抗環(huán)境的性能。在暴露了數(shù)十小時(shí)后，沒有本體的接觸彈片，其接觸阻值明顯地增加了，有本體的接觸彈片，其接觸阻值卻很少變化，這樣的接觸彈片在工業(yè)環(huán)境中可以使用10年。這些數(shù)據(jù)說明了絕緣本體的遮蔽效果。

　　上述列舉的其它一些連接器本體作用與連接器本體的材料特性有關(guān)。電子特性包括電阻系數(shù)和擊穿電壓。這些特性影響接觸彈片在連接器本體的絕緣性能。重要的機(jī)械性能包括彎曲強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度，因?yàn)檫@些性能影響接觸彈片在本體上的牢固程度。與溫度有關(guān)的特性包括連續(xù)使用和加熱使聚合體變形的溫度值。使用溫度和設(shè)計(jì)溫度是相互關(guān)聯(lián)的。在許多情況下，尤其在表面組接中，溫度起著非常重要的作用。

考慮化學(xué)和溫度對(duì)絕緣本體尺寸穩(wěn)定的影響也是很重要的。維持連接器中心線的間距、直線度、平滑度以及曲度對(duì)連接器的裝配性能和插接性能都是很關(guān)鍵的。這些特性，除了與聚合體的基本特性有關(guān)外，還與成型過程有關(guān)。接觸彈片具有材料單一而設(shè)計(jì)式樣千變?nèi)f化的特點(diǎn)，而絕緣本體卻具有與之相反的特點(diǎn)。絕緣本體的設(shè)計(jì)一般都具有許多相同的特征和要求，但其材料卻不盡相同。絕緣本體的材料是由各種需要決定的。絕緣本體的材料不但要適應(yīng)使用環(huán)境，而且還要和裝配相對(duì)應(yīng)。在許多情況下，正是裝配過程決定了使用何種材料。連接器的材料和設(shè)計(jì)內(nèi)容將在第五章進(jìn)行討論。

1.2.5連接器結(jié)構(gòu)的歸納

　　本節(jié)將對(duì)連接器結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單的回顧，其目的是提供一些以后將討論的有關(guān)連接器材料和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等的內(nèi)容。前面已提及的一些參數(shù)，例如：插拔力、孔數(shù)以及絕緣性能等，將在后續(xù)章節(jié)進(jìn)行討論。然而，在結(jié)束本節(jié)之前，還要談?wù)勥B接器的又一個(gè)重要性能。

1.3　電連接器阻抗

　　圖1.7除了側(cè)重點(diǎn)不一樣外基本相似，圖1.7突出裝入系統(tǒng)內(nèi)連接器組件的電阻。包括三種：

　　‧可分離可分離接觸面電阻

　　‧接觸彈片電阻

　　‧固定連接電阻

　　如果測(cè)出圖1.7中電連接器A，B兩端所有的電阻，其阻值大概為10－20微歐級(jí)，可根據(jù)下面等式確定：

R0=Rpc+Rb+Ri                       （1.1）

　　其中， 　　     R0：總電阻

　　　　　  Rpc：固定連接電阻

　　　　　  Rb：接觸彈片電阻

　　　　　  Ri：可分離可分離接觸面電阻

對(duì)典型信號(hào)端子而言，接觸彈片電阻占總電阻的絕大部分。與此相反，固定連接電阻可從幾十到幾百微歐。可分離接觸面電阻，在100克力作用下，為微歐級(jí)。故該電阻只占總電阻的很小部分。但是后二者的重要性在于，它們的電阻是可變的。當(dāng)電連接器電阻變化時(shí)，可能是因?yàn)橐粋�(gè)或二個(gè)可分離接觸面電阻的增加。這就是電連接器設(shè)計(jì)／原料的標(biāo)準(zhǔn)圍繞為確保這些接觸穩(wěn)定而變化的原因。

1.4　固定連接介質(zhì)

前面已經(jīng)指出固定連接是與被連接電路直接連接，有兩種主要通過這些電連接器連接起來(lái)的媒體：（ａ）導(dǎo)線或線纜與（ｂ）印制電路板（PWBS）。

1.4.1線與線纜

　　本節(jié)將對(duì)導(dǎo)線和線纜作簡(jiǎn)要概述，而在第八章作詳細(xì)討論。導(dǎo)線由一個(gè)導(dǎo)體或，如果有的話，若干導(dǎo)體及其絕緣體組成。

　　絕緣體有兩個(gè)功能：它使電導(dǎo)體絕緣并保護(hù)其不受機(jī)械損傷。哪種功能更為重要一些，依靠導(dǎo)線所用何處，根據(jù)導(dǎo)線的運(yùn)用（尤其是導(dǎo)線上將要承受的溫度和電壓）和運(yùn)用環(huán)境的機(jī)械強(qiáng)度來(lái)決定。聚氯乙烯（PVC），聚乙烯，以及聚丙烯是其中為通常運(yùn)用目的而采用的最普通的絕緣材料，硅樹脂橡膠和其它的抗磨性聚合體在有機(jī)械環(huán)境要求時(shí)常用作被覆材料。

　　銅是最普通的導(dǎo)電材料，不管其是否鍍錫或鍍銀。選擇電鍍是基于它的運(yùn)用，錫是通常運(yùn)用的電鍍金屬而在高頻率運(yùn)用中則要求鍍銀。導(dǎo)線通�？煞譃閮煞N：實(shí)心與多芯。實(shí)心導(dǎo)線由單一導(dǎo)體構(gòu)成，而多芯導(dǎo)線由若干導(dǎo)體構(gòu)成。多芯導(dǎo)線在芯線數(shù)及其位置或纏繞方式上有所不同，實(shí)心導(dǎo)線在導(dǎo)電能力上較有利，但多芯導(dǎo)線對(duì)振蕩有重要的適應(yīng)性及抵抗性。

　　線纜存在于各種各樣的構(gòu)造中，以滿足一定運(yùn)用范圍的需要，其與單純導(dǎo)線倍加在一有被覆的導(dǎo)線不同，可提供機(jī)械保護(hù)，同時(shí)可減少為確保在高頻傳輸中隔離防護(hù)處理的必要性電阻。

導(dǎo)線/線纜結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)械固定式連接最重要的影響是：?jiǎn)喂?/SPAN>/多股電連接器的不同及導(dǎo)線/線纜結(jié)束制程去除或處理屏蔽層或絕緣體的必要性。

1.4.2　印制電路板

　　PWB技術(shù)已經(jīng)從５０層單面板發(fā)展到帶接地平面的復(fù)合式的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)板與可控阻抗網(wǎng)絡(luò)板。PWB制造工藝及運(yùn)用要求將在第十章討論。本節(jié)僅討論有關(guān)固定連接本身。

　　運(yùn)用在PWB上比較成熟的機(jī)械連接技術(shù)為壓印，及更優(yōu)的適應(yīng)性壓印連接。在該技術(shù)中與壓印相關(guān)的端子腳插入PWB中的通孔。其連接的穩(wěn)定性依賴于插入時(shí)形成的相應(yīng)完全接觸面殘余的彈性力。PWB通孔電鍍材料采用銅或錫/銅合金。

　　在PWB應(yīng)用程序中比較流行的治金技術(shù)是焊接。有兩種焊接方式常被運(yùn)用，穿孔技術(shù)（THT）與表面粘貼技術(shù)（SMT）。穿孔技術(shù)（THT）利用穿孔及波峰焊程序。而表面粘接技術(shù)（SMT）更依賴于表面襯墊，或平臺(tái)，及不同的焊接過程。與通過波峰焊的THT技術(shù)相對(duì)的是，表面粘接技術(shù)（SMT）是一個(gè)回流過程，在該程序前必須先通過大量技術(shù)處理貼好焊劑。SMT程序包括波峰，汽洗，紅外加熱，對(duì)流，及這些程序的組合。SMT因?yàn)榱悴考�的高密度與PWB所含功能其應(yīng)用迅速提高。SMT允許減小平臺(tái)間隔以提高零部件密度，同時(shí)通過消減穿孔數(shù)目提高板的配線路徑。

與可分連接的兩個(gè)例子一樣，圖1.9提供了幾種PWB固定連接的圖示說明：卡邊緣式電連接器及兩件式電連接器。二者的具體運(yùn)用將在第十三章討論。

1.4.3　小結(jié)

關(guān)于電連接器的材料/設(shè)計(jì)及連接媒體的討論已經(jīng)涉及到許多電連接器具體特性的要求，因此，接下來(lái)本文將對(duì)電連接器作簡(jiǎn)要的說明。

1.5　電連接器應(yīng)用

電連接器的運(yùn)用可以從兩方面來(lái)考慮：電連接器用在何處，例如它裝在設(shè)備上的位置，以及如何運(yùn)用，例如電連接器的功能是信號(hào)傳輸還是配電，其中電連接器用在何處應(yīng)優(yōu)先考慮。

1.5.1　相互連接的層次

　　通常描述電連接器用在何處的方法是根據(jù)電連接器的連接層次（LOI）。許多描述采用這種方式，而本手冊(cè)通常采用Granitz所述方法。LOI是指兩個(gè)連接的電路板，而非指相互連接的程序及其種類。大量連接程序與連接/連接器種類可用在給定層次的連接上。圖1‧10說明了與電子底板連接的連接層次。

　　第1級(jí)‧第1級(jí)連接是芯片外部的熱壓焊襯墊與其外殼或所安裝主電路板間的連接。導(dǎo)線粘接及各種不同的焊接技術(shù)基本上屬于第1級(jí)連接，這些連接方式大多傾向于固定連接。

　　第2級(jí)‧第2級(jí)連接是外殼與印制電路板（PWB）的連接。DIP與PGA插座是第2級(jí)連接的兩個(gè)基本例子。然多芯片模塊（MCMS）使該定義有點(diǎn)復(fù)雜，但，通常，為了本論題討論（MCM）可被看作一外殼，第2級(jí)連接為典型的固定連接，但為了修復(fù)與升級(jí)的目的，插座是由可插入的若干零部件組成。

　　第3級(jí)‧第3級(jí)連接是PWB之間的連接。插座（第2級(jí)）已經(jīng)包含了電連接器的基本組件，正是在第3級(jí)將會(huì)出現(xiàn)更多電連接器的慣用概念。有兩種基本的PWB電連接器：卡邊緣式電連接器與兩件式電連接器。正如其名稱所暗示的，卡邊緣式電連接器的一半（即插頭或插座）為PWB的邊緣。而兩件式電連接器，其插頭及插座構(gòu)成金屬接觸。隨PWB尺寸及安裝接腳需求的增加，為縮小容許公差量及減少幾何形狀的限制，兩件式電連接器的運(yùn)用比邊緣式電連接器占有優(yōu)勢(shì)。

　　第４級(jí)‧第4級(jí)連接是系統(tǒng)組件間的連接。系統(tǒng)組件可能是單個(gè)的PWB或分離的單元例如硬盤驅(qū)動(dòng)器或電源。典型的第4級(jí)連接根據(jù)連接組件的種類，可包括兩件式電連接器與線纜裝配。

　　第5級(jí)‧第5級(jí)連接是系統(tǒng)組件與系統(tǒng)輸入/輸出間的連接。系統(tǒng)組件與系統(tǒng)輸入/輸出間的連接可以是直接安裝在板上的電連接器或通過一線纜。

　　第6級(jí)‧第6 級(jí)連接是系統(tǒng)與接口設(shè)備或系統(tǒng)間的連接。這些連接典型的是線纜裝配。

　　附：上述幾節(jié)對(duì)電連接器電阻的構(gòu)成、導(dǎo)線及線纜的區(qū)別、電連接器與PWB的兩種連結(jié)技術(shù)及電連接器的連接層次作了簡(jiǎn)要的介紹。電連接器的總電阻由固定連接電阻、接觸彈片電阻、可分離接觸面電阻三部分組成，其中接觸彈片電阻占總電阻的絕大部分。線纜與導(dǎo)線除了結(jié)構(gòu)有所不同外，更主要是在其應(yīng)用及抗干擾功能上的不同。電連接器與PWB有穿孔技術(shù)及SMT技術(shù)，穿孔技術(shù)穿孔技術(shù)（THT）利用在PWB上穿孔及波峰焊程序，SMT已有介紹。電連接器的連接可基本分為六級(jí)層次，即：芯片與外殼或主電路板，外殼與PWB，PWB之間，系統(tǒng)組件間，系統(tǒng)組件與輸

入/輸出，系統(tǒng)間或系統(tǒng)與其外設(shè)間。關(guān)于級(jí)別六，是有關(guān)系統(tǒng)與外圍設(shè)備或者系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的相互連接，最典型的便是用相連裝配方式來(lái)連接。

　　在與連接器的設(shè)計(jì)、選用方面，目前所用的連接器其相互連接的級(jí)別是從以下幾點(diǎn)考慮：

　　1.可分離性及耐久性的需要（可提供方便的插拔效果）

　　2.標(biāo)準(zhǔn)性（具有通用的標(biāo)準(zhǔn)，可互換）

可分離性及耐久性：

　　早期規(guī)定，級(jí)別1和級(jí)別2所定的相互接合專指持久性。級(jí)別3是最先將相互連接的可分離性作為考慮因素而提出的，尤其是對(duì)于那些插拔次數(shù)較多的連接器，對(duì)其持久性的考慮將不是擺在最重要的位置，而對(duì)插拔力大小的考慮，隨著端子數(shù)的增多而顯出越來(lái)越重要的地位。低插入力和零插入力連接器是目前人們致力開發(fā)的對(duì)象。當(dāng)然，隨著芯片和MCMs上的端子數(shù)的增多，該等低插入力連接器或者零插入力連接器在設(shè)計(jì)時(shí)也會(huì)注重其端子耐久性的考慮以滿足連接級(jí)別2的要求。級(jí)別4和級(jí)別5著重強(qiáng)調(diào)連接器要滿足其不斷增加的插拔次數(shù)的需要。按這樣的標(biāo)準(zhǔn)制出的連接器其端子插拔力較為適當(dāng)，實(shí)際上，該等連接器即使其端子數(shù)為幾十乃至幾百，其插拔力仍會(huì)小于級(jí)別3連接器的插拔力。級(jí)別6所提供的連接器在保持原有插拔力不變的基礎(chǔ)上，使端子有效插拔次數(shù)大幅度提高。某些與外圍設(shè)備相連的諸如電子卡連接器的端子連接，其要求插拔次數(shù)不低于數(shù)千次，這就需要在可分離之界面嚴(yán)格地控制其設(shè)計(jì)及選材等各種因素，尤其要提高小型化連接器之結(jié)構(gòu)緊密度。

標(biāo)準(zhǔn)性：

　　標(biāo)準(zhǔn)性是指各種不同的連接方式之間具有通用的標(biāo)準(zhǔn)，級(jí)別1和級(jí)別2所指的連接器其包裝和插裝的標(biāo)準(zhǔn)是很重要的。其生產(chǎn)和組裝過程會(huì)涉及到一部分該標(biāo)準(zhǔn)性以滿足第3、第4級(jí)別之要求，而第5、第6級(jí)別的連接器其相干性及兼容性則顯得更加重要。

　　這一觀點(diǎn)主要是針對(duì)各種級(jí)別的連接步驟作出簡(jiǎn)要說明，指出各級(jí)別連接方式之間具有相互交迭性，而且同一連接器或連接器類型可用在不同的連接級(jí)別當(dāng)中。了解該等相互交迭性質(zhì)，將會(huì)有助于了解以后所介紹的各類連接器的功能，以作為對(duì)各種連接級(jí)別的補(bǔ)充說明。

1.5.2 連接器分類

　　這一章里，連接器將被特殊地看作是固定連接介質(zhì)而不當(dāng)作是連接系統(tǒng)來(lái)分類。按這種分類方案連接器將有三類最基本的類型即線對(duì)線、線對(duì)板及板對(duì)板。圖1.11所示為三種類型連接器的結(jié)構(gòu)。我們?cè)俅螐?qiáng)調(diào)，這三種類型的連接方式并非截然不同。以下兩個(gè)原因可說明這樣的類型交迭狀況。首先，同一種連接器的設(shè)計(jì)方案只需經(jīng)過在連接方式上稍作改變后再重新定義，即變成可適用于另一種類型連接方式的新的設(shè)計(jì)方案；其次，一條線纜在裝配時(shí)可于其一端裝上線對(duì)線連接器而于另一端裝上線對(duì)板連接器，例如：I/O連接器5級(jí)產(chǎn)品的外形便是其中最常見的例子。若避開這種連接形式的類別模糊性而不談，該等連接形式正好提供了連接器分類的有效依據(jù)。

　　．線對(duì)線連接．

　　線對(duì)線連接同樣也包括了線對(duì)線纜或者線纜對(duì)線纜的形式，其定義特征是兩根單線個(gè)體或者是兩條線纜中的對(duì)應(yīng)導(dǎo)線相互永久性連接。該等永久性連接更多地常見于固定連接中線對(duì)線連接以及IDC連接。卷曲連接常見于不連續(xù)的線連接器中，IDC因其在與導(dǎo)線相關(guān)及線束末端處理上具有優(yōu)越性而常用于支配線纜連接器，線對(duì)線連接器具有各種各樣幾何形狀的塑料支撐件如直角和圓形聚合形體的塑料件，還有許多不同形體之組合形狀的塑料件及金屬屏蔽殼體，主要在軍事上得以應(yīng)用。

　�。�板對(duì)板連接．

　　前面已提到過兩種類型的板對(duì)板連接器，如插圖1.12所示，一種是單片連接器或成為卡緣，另一種是雙片連接器。第一種板對(duì)板連接器設(shè)置于電路板邊緣故稱卡緣，其發(fā)展至最終將會(huì)變成雙片連接器，因?yàn)橛∷㈦娐钒寮夹g(shù)性能及其尺寸在不斷增長(zhǎng)，當(dāng)板的尺寸增加，其結(jié)果將導(dǎo)致連接器的容量增大，從而端子數(shù)增多，連接器插拔力增大，電路板印刷電路的容量增大將導(dǎo)致線路密度過大，單片連接器很難滿足其要求，所以，其最終將發(fā)展成雙片連接器。

　�。�線或線纜對(duì)板連接．

在線對(duì)板連接中，有一半連接器是與線或線纜相連，也有與印刷電路板相連，與前述線連接一樣，板連接亦是如此，只不過需要壓入或焊接兩片連接器，許多卡緣式的連接器依然在應(yīng)用，其端子配合界面適合可分離的連接性，線對(duì)線連接器也是大同小異，它們均是出自同一家制造廠。線對(duì)板連接器還具有很多其它的用途，其發(fā)展方向是線纜對(duì)板連接器，或是利用前述IDC的優(yōu)越性進(jìn)行線纜裝配。

．總結(jié)．

　　這種形式當(dāng)然不是給連接器分類的唯一方法，但這種方法確實(shí)能很好地實(shí)現(xiàn)比較各種連接器的目的。每一類型的連接器將在第13章里作細(xì)致地討論，在這一章里還將討論一些附加類型的連接器如：同軸連接器、遮蔽連接器、過瀘連接器及可控阻抗連接器等。

1.5.3 　連接器的功能應(yīng)用

　

　　隨著連接器應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)展，它們可根據(jù)其兩大基本功能而分成：信號(hào)傳輸及電傳輸兩類。在電子應(yīng)用領(lǐng)域這兩類連接器的顯著特點(diǎn)在于其端子上一定帶有電流，在其它的應(yīng)用當(dāng)中，端子所提供的電壓將同樣作為很重要的考慮對(duì)象，雖然同一種端子的設(shè)計(jì)可同時(shí)作為信號(hào)和電量傳輸兩種功用，但在多種相類似的接觸方式的應(yīng)用上來(lái)看，許多電傳輸連接器在端子設(shè)計(jì)時(shí)僅僅把電量傳輸?shù)男枰�作為唯一目的�?/SPAN>

．信號(hào)傳送．

信號(hào)傳送可分為兩類：仿真信號(hào)傳送及數(shù)字信號(hào)傳送。這種分類是基于很多共同特征來(lái)描述的，在這部分的介紹當(dāng)中我們對(duì)其并不作詳盡的討論，數(shù)據(jù)信號(hào)以及與其相關(guān)的連接器將在第12章中討論。

　　不論仿真或數(shù)字信號(hào)連接器，其所需功能主要應(yīng)能保護(hù)所傳送的電壓脈沖信號(hào)的完整性，該完整性應(yīng)包括脈沖信號(hào)的波形以及其振幅。數(shù)據(jù)信號(hào)在脈沖頻率上與仿真信號(hào)有所區(qū)別，其脈沖傳遞速度決定了所保護(hù)的脈沖的最大頻率，數(shù)據(jù)脈沖的傳遞速度比一些典型的仿真信號(hào)要快得多，有的脈沖在連接器中的傳遞速度已接近千億分之一秒的范圍，在當(dāng)今微電子技術(shù)領(lǐng)域中，通常把連接器當(dāng)作一導(dǎo)線看待，因?yàn)榕c增長(zhǎng)如此之快的頻率相關(guān)的波長(zhǎng)能比得上連接器的尺寸。

　　當(dāng)連接器或是一互相連絡(luò)系統(tǒng)諸如一線纜裝配被運(yùn)用于高速數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸中，相應(yīng)的對(duì)連接器性能的描述也就改變了。代替了電阻的特征阻抗以及互相連絡(luò)系統(tǒng)中的串音變得尤為重要�？刂七B接器的特征阻抗成為一大意識(shí)潮流，在線纜中便是對(duì)串音進(jìn)行控制。特征阻抗在連接器中之所以具有如此重要的地位，是因?yàn)殡娮璧膸缀瓮庑魏茈y做到完全統(tǒng)一，加之連接器尺寸又很小，必須將串音的可能性最小化。在線纜中，幾何形狀的控制較易實(shí)現(xiàn)，其特征阻抗也易控制，但是線纜的長(zhǎng)度將有可能引起潛在的串音。

　　在連接器中控制特征阻抗是圍繞這個(gè)理由而進(jìn)行的，在典型的開放式端子區(qū)域，連接器阻抗(和串音)是通過控制端子以合理的分布方式而達(dá)到的。于此類信號(hào)而言，接地比率是這種分布的一種反映，接地比率減少了。當(dāng)然，這樣的結(jié)果就會(huì)減少可用于傳送信號(hào)的端子數(shù)目。與信號(hào)端子相關(guān)的理由位置是很重要的考慮因素。為了避免接地端子的減少，具有整體的接地平面的連接器系統(tǒng)已經(jīng)得到了中發(fā)展。前文中已經(jīng)介紹過了微條和條線的幾何形狀。整體的接地平面允許用于傳遞信號(hào)端子的使用，且能提高連接器所有傳遞信號(hào)的密度。圖1.13展示了一個(gè)開放端子區(qū)域和接地平面連接器的結(jié)構(gòu)。

．電力應(yīng)用．

如前所述，在上下文提到的電連接器是必須傳遞電力的。通常其電壓很低。通常用到的是如下兩種電力傳遞方法：(1)專用于高水平的當(dāng)前電力接觸傳遞(2)和并行多籩信號(hào)接觸。它們每一種方法都有優(yōu)有劣。

　　電力傳輸與信號(hào)傳輸相比有兩點(diǎn)不同之處。第一點(diǎn)，也是最明顯的，是用于傳遞較高電流。信號(hào)傳遞的電流通常不超過1安培，最多也不會(huì)超過幾安培，而電力傳輸?shù)碾娏骺蛇_(dá)到幾十乃至幾百安培。第二點(diǎn)是由于電流導(dǎo)致的焦耳熱而產(chǎn)生的溫度升高。信號(hào)接觸過程產(chǎn)生的焦耳熱與周圍的溫度相差不多。相反地，電力傳輸?shù)谋嚷视质腔�于溫度的升高，溫度的升高，又產(chǎn)生相應(yīng)的比率電流。一次30度的溫度的升高通常作為一個(gè)電流比率的標(biāo)準(zhǔn)。

　　因此，為滿足電流額定值及性能的穩(wěn)定性要求，控制焦耳熱是很有必要的，這就需要在設(shè)計(jì)當(dāng)中考慮信號(hào)傳遞的同時(shí)也要考慮電量的傳輸。尤其對(duì)電阻大的端子，焦耳熱是一重要因素，必須將其減小到最低程度，而且，接觸面的電阻也必須減小到最低程度，使其產(chǎn)生的熱量最小化。從選材的角度來(lái)說，當(dāng)然是選擇高導(dǎo)電率或是橫截面積較大的端子以減小電阻，另外，增高傳輸電壓或增加接觸面積亦可減小接觸部分的電阻。

　　圖1.13關(guān)于開放端子領(lǐng)域（a圖）和接地平面連接器（b圖）的例子。（AMP公司許可)

　　更高的交叉部分、多余的接觸端子，都暗示提高接觸壓力下連接器的尺寸。也就是說，實(shí)際上，有一個(gè)限制在貢獻(xiàn)電接觸上，包括接觸媒體和接觸的尺寸。在使用貢獻(xiàn)電接觸上，電力線纜的路徑，線纜大電力接觸的終點(diǎn)及電接觸的尺寸會(huì)成為限制因素。

　　隨著在連接器設(shè)計(jì)上提倡附加的限制，并行多訊號(hào)接觸允許更多傳統(tǒng)的連接器被用來(lái)分配電能。這些限制首先直接針對(duì)保證通過接觸的電流的分配，同時(shí)，它們的熱環(huán)境盡可能一致。其中以下三個(gè)因素是主要的﹕

　　 1．電路應(yīng)是平行的電子流；也就是說，如果可能的話，經(jīng)過所有的接觸電壓降應(yīng)該是相同的。如果不同的電壓降對(duì)用途來(lái)說是根本性的，則這些電路將被區(qū)別對(duì)待。

 　　2．如果可能的話，接觸時(shí)的熱效應(yīng)會(huì)被減至最低，尤其指一大束的電流接觸將被避免。

 　　3．接觸的阻抗或是在全部訊號(hào)分配里一起計(jì)算的任意偏差必須相同。例如，依靠在接觸時(shí)存在的排列方式，在適當(dāng)角度連接器獨(dú)立接觸的巨大阻抗會(huì)有差異。在設(shè)計(jì)分配的接觸時(shí)，這些差異應(yīng)當(dāng)被考慮。

　　認(rèn)識(shí)到所有考慮的結(jié)果是一個(gè)明確的關(guān)于接觸的電流的影響能力的討論。降低到50%可能會(huì)被意識(shí)到。換句話說，為分配100A的訊號(hào)到PWB，如以1A的電流接觸速率，那么合適的接觸應(yīng)當(dāng)是接近200A而不是100A，這表明，大量接觸是相當(dāng)依賴于單位接觸電流速率。

 ．概述．

　　大體上，由于受終點(diǎn)、路線和尺寸考慮的限制，電流分配經(jīng)由貢獻(xiàn)高電流能力是明顯的�？紤]到大范圍接觸和連接器的用途，多數(shù)電流分配的訊號(hào)接觸的用途需要更多的詳細(xì)分析，這些分析關(guān)于連接器要求和它們?cè)诒倔w中位置的接觸分配。

1.6 連接器測(cè)試

　　討論到這個(gè)程度，也就牽涉到自身在連接器設(shè)計(jì)及材料、用途的考慮�，F(xiàn)在把注意力轉(zhuǎn)向如何測(cè)試性能；也就是說，連接器測(cè)試可從兩個(gè)方面來(lái)評(píng)估﹕即做什么和如何做，為什么測(cè)試。

1.6.1　連接器測(cè)試的類型

　　首先考慮做什么測(cè)試和如何做測(cè)試。在本書中的一些敘述中，一項(xiàng)連接器測(cè)試包括露天條件和設(shè)定條件的操作，由此也將定義這類操作，接下來(lái)是測(cè)試手段。例如，暴露在腐蝕性環(huán)境下的接觸阻抗測(cè)試一般被認(rèn)為是一種環(huán)境測(cè)試。以上這些牽涉到做什么和如何做，這表明選擇和如何定義這些條件，測(cè)試哪些性能和如何做測(cè)試。至少有三類測(cè)試和測(cè)試手段﹕環(huán)境測(cè)試、機(jī)械性能測(cè)試、電氣性能測(cè)試。實(shí)例見表1.1。

　　通過介紹測(cè)試術(shù)語(yǔ)，接下來(lái)考慮測(cè)試原因。

1.6.2　連接器測(cè)試的原因

　　連接器測(cè)試的基本原因是鑒定連接器性能。除設(shè)計(jì)鑒定測(cè)試外，原型或試驗(yàn)型產(chǎn)品做測(cè)試可使連接器設(shè)計(jì)有充分依據(jù)，大部分連接器測(cè)試被引入每一個(gè)特定或合格測(cè)試程序用來(lái)鑒定產(chǎn)品性能。對(duì)于本次討論目標(biāo)，特定的或合格測(cè)試不同于那種特殊的由連接器生產(chǎn)廠商定義的作為每一個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目的測(cè)試。就條件測(cè)試而言，它是由消費(fèi)者、產(chǎn)業(yè)界、國(guó)家的、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)來(lái)共同定義每一測(cè)試程序。在每個(gè)例子里，測(cè)試程序?qū)�包括大量測(cè)試項(xiàng)目﹕環(huán)境測(cè)試、機(jī)械性能測(cè)試、電氣性能測(cè)試。測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試手段及認(rèn)可的判斷標(biāo)準(zhǔn)都與連接器設(shè)計(jì)必須滿足的使用或市場(chǎng)要求有關(guān)。通常，這種露天條件和測(cè)試手段判斷標(biāo)準(zhǔn)是有一些一般代表性，在種意義上覆蓋了一個(gè)市場(chǎng)或一個(gè)使用范圍而不是針對(duì)某一個(gè)特殊使用。

　　當(dāng)一項(xiàng)特別使用成為測(cè)試程序項(xiàng)目時(shí)，測(cè)試可能被指定為性能鑒定測(cè)試。在這樣的一個(gè)例子里，暴露條件常常是更特別的。根據(jù)環(huán)境和暴露時(shí)間       

表1.1　連接器測(cè)試類型

類型　　　　暴露條件　　　　　測(cè)試手段

環(huán)境測(cè)試　　混合的流動(dòng)性氣體　滲水性

　　　　　　溫度／濕度　　　　溫度升高

　　　　　　熱老化性　　　　　潮氣吸收

機(jī)械性能　　熱振動(dòng)　　　　　　抗拉強(qiáng)度

測(cè)試　　　　振動(dòng)　　　　　　　摩擦系數(shù)

　　　　　　耐久周期　　　　　適配力

電氣性能　　過載電流　　　　　接觸阻抗

測(cè)試　　　　電流循環(huán)　　　　　轉(zhuǎn)換阻抗

長(zhǎng)度可更適當(dāng)?shù)胤从硨?duì)條件及特殊使用的需求。這同樣是一個(gè)真實(shí)的測(cè)試手段及認(rèn)可的判斷標(biāo)準(zhǔn)。這樣的測(cè)試是一個(gè)介于條件與性能測(cè)試的中間環(huán)節(jié)。

　　可靠性測(cè)試伴隨著一個(gè)相似于用在別的合格或性能測(cè)試上的測(cè)試表。然而有兩個(gè)主要區(qū)別。首先，可靠性測(cè)試要求在暴露測(cè)試和操作環(huán)境間存在一個(gè)比合格測(cè)試更嚴(yán)格的已知的聯(lián)系，換句話說，測(cè)試可靠性必須在測(cè)試與使用上有一個(gè)加速因素是已知的。這也就是說，暴露在測(cè)試A中X天要等同于在使用B中Y年。這種要求通常無(wú)法滿足，并限制了做可靠性測(cè)試的。第二點(diǎn)不同在重要程度和統(tǒng)計(jì)處理上的認(rèn)可判斷標(biāo)準(zhǔn)。條件測(cè)試認(rèn)可判斷標(biāo)準(zhǔn)，例如暴露條件中阻抗的最大變化是一般性的，所以它們的價(jià)值在于，通過廣泛使用，提供可接受的性能�？紤]到使用，可靠性認(rèn)可判斷標(biāo)準(zhǔn)將反映特殊要求，這將在很多案例中明顯超過合格價(jià)值。但可靠性認(rèn)可判斷標(biāo)準(zhǔn)還將被運(yùn)用去滿足更嚴(yán)格的統(tǒng)計(jì)要求——在特定的相同尺寸和數(shù)據(jù)分析——超過那些用在合格測(cè)試程序中的要求。

1.7 結(jié)論

　　本節(jié)敘述的目的是介紹術(shù)語(yǔ)，并對(duì)于每個(gè)將在以下章節(jié)所提到的更詳盡的主題討論提供一個(gè)上下文背景。

第二章　接觸界面及接觸過程

　　在第一章已說過，接觸界面的微觀結(jié)構(gòu)決定了電連接器的電子性能和機(jī)械性能。例如，可分離接觸界面和永久性接觸界面的電阻值和插接力以及耐久性都依賴于接觸界面的微觀結(jié)構(gòu)。因些，有關(guān)接觸界面的的基本結(jié)構(gòu)和接觸界面形成的過程的知識(shí)對(duì)了解接觸界面對(duì)連接器的一些重要性能特征的影響是很必要的。這些知識(shí)，反過來(lái)，又會(huì)幫助理解界面的設(shè)計(jì)和制造界面的材料對(duì)創(chuàng)造和維護(hù)確實(shí)可靠的連接器特性的影響。下面的討論將主要針對(duì)可分離接觸界面，但是，這些相似的討論也與永久性機(jī)械接觸界面有關(guān)。

2.1接觸界面的形狀

　　如前所述，當(dāng)把插頭插入插座孔時(shí)，接觸界面就產(chǎn)生了。威廉先生提供了一份說明界面產(chǎn)生過程的詳細(xì)數(shù)據(jù)。

　　有時(shí)候，根據(jù)連接器和地球外表的相似點(diǎn)，使連接器接觸點(diǎn)(a-spots)具體化是很有益的。事實(shí)上，鄉(xiāng)村確實(shí)提供了一種非常有用的典型連接器接觸界面的拓樸模型。山丘高度與山丘間距離的比例和連接器接觸表面的微觀拓樸模型是相當(dāng)相似的。兩者之差異大約在1%至10%之間。根據(jù)輪廓測(cè)定法(profilometric)和語(yǔ)義學(xué)(SEM)原理繪出的詳細(xì)的連接器表面圖與普通的地球輪廓圖是相當(dāng)相似的，而且把兩個(gè)導(dǎo)體壓在一起，就象把美國(guó)的佛蒙特州翻過來(lái)蓋在英國(guó)的漢普夏郡，比例是1：3，000，000。

　　這個(gè)模擬例子闡述了關(guān)于接觸界面構(gòu)形的凸凹面的重要性，并且介紹了微觀接觸界面的形狀，圖2.1描繪了這種微觀接觸界面的形狀。實(shí)際上，只有接觸界面的高點(diǎn)，即微觀凸面，能夠相互接觸。這些微觀凸面被稱為接觸點(diǎn)。雖然它還受其它因素的影響，但是接觸點(diǎn)的數(shù)量取決于接觸面的粗糙度，這一點(diǎn)以后將詳述。由于尺寸太小(微米數(shù)量級(jí))；即使在“板對(duì)板”階段，在一克力的作用下，這些接觸點(diǎn)也會(huì)因發(fā)生塑性變形而被破壞。這個(gè)破壞要持續(xù)到一個(gè)足夠承受施加負(fù)荷的接觸表面形成時(shí)。威廉和格林針對(duì)這一問題作了詳細(xì)的討論。

　　從應(yīng)用的角度看，上述討論暗指實(shí)際接觸界面的大小僅取決于施加的負(fù)荷。對(duì)于一個(gè)連接器來(lái)說，該負(fù)荷對(duì)應(yīng)于接觸正壓力。對(duì)于典型的連接器，接觸界面僅有一小部分(1﹪左右)是接觸的。

　　接觸正壓力決定接觸面積，但如何分配這些接觸區(qū)域則取決于接觸界面的幾何形狀。如圖2所示，球面接觸將形成無(wú)數(shù)個(gè)圓形接觸點(diǎn)。

　　因些，接觸界面的構(gòu)形依賴于接觸界面的粗糙度，該接觸界面的粗糙度又影響接觸點(diǎn)的數(shù)量、施加的負(fù)荷(該負(fù)荷影響接觸面積)和接觸界面的幾何形狀(該幾何開關(guān)又影響接觸點(diǎn)的分布)。

　　接觸點(diǎn)的數(shù)量與接觸界面的依賴關(guān)系是合理的，下面將作進(jìn)一步說明。按照威廉和格林的觀點(diǎn)，初始表面粗糙度決定接觸點(diǎn)的數(shù)量，但是有多少接觸點(diǎn)能接觸卻依賴于施加的負(fù)荷。連接器表面開始接觸時(shí)，只有最高的接觸點(diǎn)能接觸導(dǎo)通。這些一開始就接觸的接觸點(diǎn)的變形使得接觸界面越來(lái)越相互靠近，這樣，其它比一開始就接觸的接觸點(diǎn)稍低的接觸點(diǎn)也逐漸實(shí)現(xiàn)接觸導(dǎo)通。隨著負(fù)荷的增加，這樣的接觸點(diǎn)將依次變形。當(dāng)足夠數(shù)量的接觸點(diǎn)變形到某一程度，即，當(dāng)所有接觸點(diǎn)面積之和足夠支承施加的負(fù)荷時(shí)，這種變形便停止了。如果引用一個(gè)硬度的概念，那么，對(duì)這個(gè)過程就可進(jìn)行直觀的描述了。材料的硬度是用力和單位面積比來(lái)定義的，例如克力每平方厘米。也就是說，如果某材料的硬度是10克力每平方厘米，那么一個(gè)10克力的負(fù)荷或力將產(chǎn)生1平方厘米的接觸面積。那么，接觸點(diǎn)的數(shù)量就依賴于表面接觸點(diǎn)和施加的負(fù)荷。

　　接觸界面的宏觀幾何外形(例如球面與平面平面接觸)決定了機(jī)械接觸面積在整個(gè)接觸面積中的分配方式。圖2.3描述了影響的過程，該圖用實(shí)例說明了當(dāng)外載荷增加時(shí)，接觸點(diǎn)的尺寸和數(shù)量也相應(yīng)地變化。

　　摘自Green Wood的圖2.4提供了一個(gè)上述觀點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，該實(shí)驗(yàn)顯示，當(dāng)一個(gè)鋼球分別用兩種不同的載荷，如20克力和80克力去擠壓一平面時(shí)，兩者的接觸界面就產(chǎn)生了。該實(shí)驗(yàn)表明，在載荷作用下，接觸點(diǎn)的數(shù)量、單個(gè)接觸點(diǎn)的尺寸，以及由無(wú)數(shù)接觸點(diǎn)組成的宏觀接觸區(qū)域面積都將相應(yīng)地增加，這一結(jié)果與上面的論述完全相符。

　　接觸界面的粗糙度或接觸點(diǎn)模型可以描述如下：

接觸界面是由分布于宏觀接觸區(qū)域上的接觸點(diǎn)組成的。宏觀接觸區(qū)域的大小取決于接觸界面的幾何外形。接觸點(diǎn)的數(shù)量和大小處決于表面粗糙度和負(fù)荷。負(fù)荷也決定了接觸界面的光潔度。

　　這種模型描述了接觸界面上的機(jī)械構(gòu)形，但是它僅僅從微觀上描述了接觸界面的外形。然而，考慮精煉爐的細(xì)微表面，甚至其表面的原子或分子結(jié)構(gòu)都是非常重要的。所有的金屬表面都覆蓋著一層原子數(shù)量級(jí)的薄膜。圖2.5簡(jiǎn)要地表達(dá)了幾種可能覆蓋于金屬表面的薄膜。在金屬表面的最外層可能是大量的化合物薄膜。氧化物是最常見的一種，其它物質(zhì)(如：硫化物、氯化物以及復(fù)合膜)也可能存在，這是由金屬材料和金屬暴露環(huán)境條件決定的。不同金屬的熱力學(xué)性能和運(yùn)動(dòng)學(xué)性能差異很大，熱力學(xué)性能決定生成何種薄膜，運(yùn)動(dòng)學(xué)性能則影響薄膜的生成快慢。

　　如果考慮接觸界面鍍層的話(這一點(diǎn)將在第三章論述)，那么上述薄膜對(duì)連接器性能的影響就顯得相當(dāng)明顯了。事實(shí)上，如第一章所述，接觸界面的鍍層可以分為貴重元素(不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的元素，如，金)和非貴重元素(如，錫，該元素表面通常有一層薄薄的氧化物層)。因此，可以認(rèn)為：生成化學(xué)膜的類型以及生成速度都依賴于基材金屬和環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)。除了化學(xué)物質(zhì)以外，環(huán)境溫度和濕度也在薄膜生成時(shí)扮演了重要的角色。

　　除了上述化學(xué)膜以外，其它復(fù)合膜(特別是含水量、組織以及各種各樣的其它污染物和微粒)也可能存在于金屬外表。這些復(fù)合膜也可能對(duì)連接器的機(jī)械和導(dǎo)電性能產(chǎn)生很大的影響，這一點(diǎn)將在以后闡述。

2.2接觸界面和機(jī)械性質(zhì)

　　本部分主要討論點(diǎn)接觸模式?jīng)Q定的接觸界面的機(jī)械特性，尤其是對(duì)摩擦和磨損的影響。從連接器性能的角度來(lái)看，摩擦的重要性在于它對(duì)于連接器配合力的和接觸界面的機(jī)械穩(wěn)定性的作用。在連接器性能顯然退化之前，磨損過程將影響連接器能經(jīng)歷的配合周期次數(shù)。點(diǎn)接觸模式對(duì)摩擦和磨損的作用可以由圖2.6中得到解釋。在圖例中展示了兩種點(diǎn)接觸方式，其中a區(qū)接觸時(shí)間比b區(qū)接觸時(shí)間更長(zhǎng)且經(jīng)歷的變形量更大。如2.2.2部分中所述，在這些條件下a區(qū)的接觸面積將大于b區(qū)，也就是說a區(qū)的連接將會(huì)更比b區(qū)穩(wěn)固。此時(shí)a區(qū)的剪切力(或剪切強(qiáng)度)也比b區(qū)大。這種變化將會(huì)影響點(diǎn)接觸的摩擦和磨損。

　　為預(yù)測(cè)將會(huì)遇到的問題，摩擦和磨損是兩種不同的方法，來(lái)描述點(diǎn)接觸界面在受到壓力之下的分離。接下來(lái)的討論僅僅涉及到單一點(diǎn)接觸模型。當(dāng)然接觸界面的性能將會(huì)影響多個(gè)的點(diǎn)接觸結(jié)構(gòu)以及由各個(gè)獨(dú)立的點(diǎn)接觸性能總和表現(xiàn)出來(lái)。此時(shí)將首先考慮摩擦作用的影響。

2.2.1 摩擦

　　摩擦表現(xiàn)為一個(gè)力量，其作用是阻止兩個(gè)接觸表面之間在受到剪切力的作用下沿相對(duì)的方向移動(dòng)。摩擦力可以由公式2.1來(lái)確定：

　　　　　　　Ff=μFn      　　　　　　　　　　　　�。�2.1）        

其中，　 Ff==摩擦力

   　　  μ==摩擦系數(shù)   

          Fn==維持兩表面接觸的力---對(duì)連接器而言是接觸正壓力

　　由Rabinowitz的理論，摩擦力可看作是分離兩表面間連接的必需力量。摩擦力可以從下面公式中，由接觸界面強(qiáng)度而進(jìn)行簡(jiǎn)單的估計(jì)：

         　　　Ff=τs Ac 　　      　　　　　　　　　�。�2.2）

其中，　　τs==剪切強(qiáng)度系數(shù)

　　　　　Ac ==點(diǎn)接觸面積

接觸區(qū)域與硬度，H(接觸高度)，以及由等式(2.1)中的力Fn 有關(guān)：

                Ac =κH/Fn                                （2.3）

比例常數(shù)κ由很多參數(shù)而定，例如表面鍍層的作用，潤(rùn)滑的狀況，表面粗糙度，接觸正壓力以及變形的種類(彈性/塑性變形)，由此，我們將公式(2.1)與公式(2.3)合并后可得到：

               μ=κτs／H            　　　　          （2.4）

　　如Rabinowitz 所提出的，剪切強(qiáng)度和硬度同樣要由材料的性質(zhì)來(lái)決定，因此公式(2.4)中的系數(shù)可以被看作為1的常數(shù)。

　　在實(shí)踐中，摩擦系數(shù)是從0.05到>1不等，與理論上的偏差僅僅反映的了假設(shè)的簡(jiǎn)化模式的限制，尤其是接觸總面積是金屬以及表面的分離產(chǎn)生在原來(lái)的接觸界面上。

　　低的摩擦系數(shù)值表明接觸表面是由鍍層覆蓋的，其中有化學(xué)聯(lián)接層(如氧化物)，吸收層(如水或有機(jī)物)，以及趨向于應(yīng)用的潤(rùn)滑劑層。這些涂層對(duì)于減少這兩種機(jī)械接觸表面的剪切強(qiáng)度都是非常重要。

　　位于接觸端的氧化層可減少金屬接觸面積。氧化層能支持但并不能促進(jìn)機(jī)械式的金屬接觸。減少金屬接觸面積將導(dǎo)致剪切力的降低，其最終的結(jié)果是摩擦系數(shù)的減少。

　　有機(jī)涂層尤其是潤(rùn)滑劑，提供了在兩表面間具有更低的剪切力的接觸表面和inhabit金屬接觸層，尤其是兩表面之間具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

　　高的摩擦系數(shù)表明，點(diǎn)接觸的塑性變形作用和金屬性連接的產(chǎn)生，將會(huì)導(dǎo)致比基礎(chǔ)金屬材料更高的剪切強(qiáng)度。應(yīng)用到接觸界面上的剪切力將會(huì)導(dǎo)致在接觸界面上一定距離內(nèi)接觸碎片的產(chǎn)生，此時(shí)將會(huì)導(dǎo)致更大的碎片接觸表面積同時(shí)也將導(dǎo)致更的摩擦系數(shù)。使連接的碎片從原來(lái)接觸表面中分離出來(lái)的可能性提供一種磨損過程的模式。

2.2.2  磨損過程

　　正如Bowden以及Tabor所提到的，摩擦和磨損過程要由接觸表面的分布位置而定。如前現(xiàn)所提到的，點(diǎn)接觸塑性變形將會(huì)由于加工時(shí)的變硬而導(dǎo)致接觸強(qiáng)度的增加。除了加工變硬之外另外一機(jī)理同樣很重要：也就是冷焊。冷焊與經(jīng)過接觸界面聯(lián)接的產(chǎn)生有關(guān)，而此接觸界面是出現(xiàn)在兩金屬表面將成為intimate接觸時(shí)。 在此條件下，相同的聯(lián)接機(jī)理將對(duì)金屬的粘著力量起到作用。事實(shí)上冷焊界面的強(qiáng)度高于基礎(chǔ)金屬，這是因?yàn)樽冃螘r(shí)產(chǎn)生加工硬化。這種可能性對(duì)在受到剪切力作用下的接觸將會(huì)產(chǎn)生很大的影響，也同樣要對(duì)磨損機(jī)理產(chǎn)生影響。現(xiàn)在回到圖2.6中的a-區(qū)域，考慮一下當(dāng)給定冷焊接觸界面的模式時(shí)接觸界面的分離怎樣出現(xiàn)。在剪切力的作用下假定a-區(qū)經(jīng)過了冷焊，將會(huì)從原來(lái)的接觸表面中分離出去，導(dǎo)致磨損碎片的和金屬轉(zhuǎn)移，此時(shí)情況如圖2.6中的下部所示。b -區(qū)部分具有較低的變形，因此也具有較低的冷焊時(shí)的加工硬化，也將會(huì)在原來(lái)接觸表面的附近產(chǎn)生微小的分離，也就是說基本上沒有磨損和金屬轉(zhuǎn)移。

　　前述提到的磨損過程中，a區(qū)為粘著磨損而b區(qū)為光滑磨損。粘著磨損的特性是高的摩擦系數(shù)和在兩界面間出現(xiàn)金屬轉(zhuǎn)移，而光滑磨損過程是低的摩擦系數(shù)和極少的金屬轉(zhuǎn)移。應(yīng)當(dāng)注意到磨損是一個(gè)動(dòng)態(tài)的作用過程，它只是當(dāng)兩接觸表面間有相對(duì)的運(yùn)動(dòng)時(shí)才會(huì)產(chǎn)生。在此運(yùn)動(dòng)過程中，連接增長(zhǎng)和prow 成形將會(huì)隨著大量的接觸界面的形成和分離而出現(xiàn)，此時(shí)的結(jié)果將是磨損過程分布在其滑動(dòng)的軌跡上。粘著磨損和光滑磨損軌跡上表面分別是粗糙和光滑的，此時(shí)可從相對(duì)的金屬轉(zhuǎn)移量而定。

　　同樣應(yīng)當(dāng)注意的是，如果a-區(qū)分離產(chǎn)生的轉(zhuǎn)移磨損部分，將會(huì)在接觸界面上產(chǎn)生如研磨一樣的作用，這是由于它將產(chǎn)生的加工硬化，這里也就提到了第三個(gè)磨損機(jī)理：研磨磨損，如Antler所提到的，研磨磨損將會(huì)導(dǎo)致接觸界面的磨損率的增加。

2.2.3表面薄膜的摩擦和磨損

　　表面膜對(duì)摩擦力及磨損的影響可通過分析圖7加于討論，圖7大致顯示了摩擦力系數(shù)的變化，µ，作為隨負(fù)載變化的函數(shù)。負(fù)載變化開始及其存在的范圍依賴于表面膜，構(gòu)造或化學(xué)接合和表面潤(rùn)滑狀況。摩擦系統(tǒng)數(shù)隨負(fù)載的變化能從小于0.1到大于1.0。據(jù)等式（2.5）顯示，磨損系數(shù)κ，有相同的變化趨勢(shì)，但因?yàn)槟�損機(jī)理的變化其變化階數(shù)很大，例如，接合處增大與凸頭的形成。

　　首先考慮摩擦。低負(fù)載狀況下，氧化物的破損與脫落是不完全的，只有一小部分金屬接觸面產(chǎn)生及粘附，導(dǎo)致低摩擦系數(shù)。隨負(fù)載的增加，表面變形增加，從而使表面氧化物破裂十分容易。隨金屬接觸面的增大，摩擦系數(shù)亦跟著增加。最終，金屬接觸面變得很大，摩擦系數(shù)穩(wěn)定下來(lái)。

　　相似的情況在磨損系數(shù)變化中也可以見到。磨損系數(shù)可由一簡(jiǎn)單的破損等式確定：

    　　　　　 v=κFn L/H   　　　　　　　　            （2.5）

此處 v==通過單程長(zhǎng)度L的容量

     H==硬度

     Fn==負(fù)載

     κ==磨損系數(shù)

　　在該狀況下，如前面所述，磨損系數(shù)集中于破裂的連接處。低負(fù)載情況下，小接觸面積及極小的冷焊導(dǎo)致小連接處增大及凸頭形成，并伴隨小的磨損在原始接觸面附近發(fā)生分裂。負(fù)載超過一定范圍，磨損系數(shù)依賴于兩種材料特性與接觸形狀，通過接觸增大與凸頭形成，表面薄膜破裂的增加促進(jìn)了冷焊的形成和導(dǎo)致粘附性磨損的增強(qiáng)。隨這種磨損機(jī)理轉(zhuǎn)化的產(chǎn)生，磨損系數(shù)便顯著發(fā)生變化。變化負(fù)載也依賴于接觸面的潤(rùn)滑狀況，是因?yàn)樵诨瑒?dòng)期間潤(rùn)滑對(duì)接觸形成動(dòng)力的影響。有效的潤(rùn)滑可減少與摩擦系數(shù)及磨損系數(shù)二者有關(guān)的金屬接觸面。Antler建議，對(duì)硬金屬接觸面而言，由光滑磨損向粘著摩擦變化所需的負(fù)載，無(wú)潤(rùn)滑接觸面大約需要10克力，而有潤(rùn)滑的接觸面則超過500克力。通常金鍍層電連接器的正壓力范圍從50克力到200克力，暗示了使用潤(rùn)滑可延遲粘著磨損的發(fā)生。但是，該情況并非必定出現(xiàn)，因?yàn)樵谇笆銎陂g全部接觸表面形成了污染膜 。這些污染物能提供表面潤(rùn)滑，雖然是以污染的方式。Antler指出這些偶然被污染的接觸面可承受的負(fù)載范圍大致為從25克力到250克力。為確保一致的低磨損狀況，有計(jì)劃的潤(rùn)滑是有益的。接觸潤(rùn)滑將在第三章討論。

2.2.4　機(jī)械特性小結(jié)

　　接觸面的機(jī)械性能，尤其是摩擦及磨損，強(qiáng)烈依賴于接觸面粗糙微結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@些粗糙微結(jié)構(gòu)很小，它們?cè)谳^小的負(fù)載下發(fā)生彈性形變而導(dǎo)致微結(jié)構(gòu)接觸面的工件硬化及冷焊的發(fā)生。接觸點(diǎn)，接觸點(diǎn)的破碎決定了接觸面的摩擦系數(shù)及磨損系數(shù)。摩擦系數(shù)影響接觸面的配合力和電連接器接觸面的耐磨損持久性。

2.3接觸面形態(tài)及電氣特性

　　影響摩擦及磨損的相同結(jié)構(gòu)及薄膜決定了接觸面的電氣特性。簡(jiǎn)單而言，本討論從金屬接觸面開始，薄膜的影響將在后面考慮。

　　兩個(gè)金屬面接觸產(chǎn)生一電阻，術(shù)語(yǔ)稱之為接觸面壓縮電阻，壓縮電阻產(chǎn)生的根源，如Holm所描述，是一個(gè)基本的結(jié)果并可通過圖2.8加于說明，接觸面接觸點(diǎn)微結(jié)構(gòu)使電流被壓縮為僅從接觸點(diǎn)通過，因而會(huì)產(chǎn)生“壓縮電阻”這一術(shù)語(yǔ)。根據(jù)Holm所述，對(duì)單一接觸點(diǎn)來(lái)說，壓縮電阻由下式確定：

　　　　　　　RC=ρ1/2α+ρ2/2α      　　　　　　　（2.6）

此處   ρ1與ρ2==接觸材料的電阻系數(shù)

               α==接觸接觸點(diǎn)的直徑

　　如果兩種材料相同，（2.6）式可簡(jiǎn)化為：

    　　　　　Rc=ρ/α                   　　　　　　�。�2.7）

　　應(yīng)該注意的是壓縮電阻是一種幾何形狀上的效果。這就是說，如果如2.8圖所描述的幾何形狀是因?yàn)樵趯?shí)心原料上加工一細(xì)小凹槽而形成接觸點(diǎn)，盡管沒有接觸面存在仍有壓縮阻抗產(chǎn)生。流過變小了的通過面的電流的壓縮是因?yàn)榻佑|面結(jié)構(gòu)的相互獨(dú)立。這種接觸面構(gòu)造能夠?qū)е伦杩沟脑黾映�出根�?jù)式（2.7）所得出的結(jié)果，例如薄膜，但是減少壓縮電阻的唯一方法是增大接觸面積。

　　為了本討論的目的，多個(gè)接觸點(diǎn)及它們接觸電阻的分配對(duì)總接觸電阻的影響可由圖2.9說明。插入的等式表明分布在同一接觸面的單一接觸點(diǎn)和多個(gè)接觸點(diǎn)的壓縮電阻依賴于其接觸面的幾何形狀。而多點(diǎn)接觸等式與通常接觸表面更為相關(guān)：

      　　　Rc=ρ/nα+ρ/D       　　　　　　　　      （2.8）

    此處    ｎ==接觸點(diǎn)的個(gè)數(shù)

　　　      D==接觸所分布平面的直徑

　　該等式表示一系列宏觀壓縮電阻的合成決定于各個(gè)接觸點(diǎn)的微電阻以及這些接觸點(diǎn)所分布的接觸面積。圖2.10說明了這兩種作用。第一條件明確了并行排列的多個(gè)接觸點(diǎn)的阻抗。對(duì)金屬導(dǎo)體而言，這種情況的電流壓縮與接觸面非常接近。第二個(gè)條件則表明了電流壓縮通過分布接觸面的結(jié)果。等式（2.8），可清楚表明，當(dāng)接觸點(diǎn)的接觸數(shù)目非常大（數(shù)以十計(jì)）時(shí)，第二個(gè)條件尤其依賴于接觸點(diǎn)的分布。在這些條件下，圖2.9提出了一種近似的壓縮電阻的第三等式。對(duì)顯示的這種情況，其假定了接觸點(diǎn)的圓形分布，分布面積（因而其直徑）能夠從接觸材料硬度及其提供的壓力中得到，結(jié)果如式（2.9）。

　　　　　　　Rc=κρ√（H/Fn）        　　　　　　  （2.9）

此處       κ==與表面粗糙程度，接觸形狀及彈性形變有關(guān)的系數(shù)

            H==硬度

            Fn==接觸正壓力

2.3.1金屬界面的壓縮阻抗

　　對(duì)以上這樣簡(jiǎn)單的等式的論證在插圖2.11中會(huì)有所提示，從具體角度來(lái)講，它所涉及的就是針對(duì)接觸表面為銅、鎳、黃銅及錫這四種金屬其各自的接合力以及相對(duì)應(yīng)的壓縮阻抗之間的對(duì)比關(guān)系。從圖中可得知該接合力非常大，雖能保證一個(gè)較大的接觸面積，但是接觸表面的鍍層金屬容易被破壞，該兩者之間的相互關(guān)系可用等式(2.9)來(lái)表示。圖2.11中的表格所列的是關(guān)于三種金屬的硬度及電阻系數(shù)。為了減小對(duì)壓縮電阻的影響，必須控制接觸面的粗糙度，對(duì)銅、黃銅、鎳三種金屬均應(yīng)如此。對(duì)于錫，由于其極易遭磨損破壞而通常不用于直接受力部位，因此對(duì)其粗糙度不作討論。首先來(lái)討論關(guān)于銅的一些數(shù)據(jù)。圖中虛線表示計(jì)算值，實(shí)線表示實(shí)驗(yàn)測(cè)試值�？梢钥闯鎏摼�與實(shí)線重合的非常好。對(duì)于錫和鎳，圖中僅僅顯示了其測(cè)量值，因此對(duì)其只進(jìn)行相關(guān)的討論。注意到鎳具有比銅更高的電阻系數(shù)及硬度。由于電阻系數(shù)及硬度與壓縮電阻的關(guān)系分別為線性及平方根關(guān)系，因此鎳的壓縮電阻值會(huì)是銅的八倍。比較其測(cè)量值可看出接觸壓力為一千克力左右時(shí)，其重合度較好。對(duì)于錫，其電阻系數(shù)增加了十倍而硬度卻降低了五倍，因此其壓縮電總體上增加了，但這并不是說光考慮電阻系數(shù)的大小就能判斷壓縮電阻，因?yàn)槠浣佑|面的面積會(huì)增大。這些數(shù)據(jù)表明根據(jù)點(diǎn)接觸模式導(dǎo)出的2.9式是正確的。

　　然而，在連接器涂層部分，上述簡(jiǎn)單的等式運(yùn)用起來(lái)受到干擾而變得復(fù)雜。因?yàn)樵谕繉硬糠中杩紤]到各層之間的相互作用使系數(shù)K很難決定，導(dǎo)致很難決定適當(dāng)?shù)挠捕燃半娮柘禂?shù)。在具有錫涂層的黃銅接觸面，其利用錫的硬度和黃銅的電阻系數(shù)，如圖2.12所顯而易見。

　　通常錫涂層的厚度會(huì)大于2.5微米，錫是一種十分軟的金屬，接觸面磨損通常發(fā)生在錫涂層里。另一方面，有兩個(gè)原因?qū)е码娏鞯膲嚎s主要產(chǎn)生在接觸彈片即黃銅涂層上。首先，黃銅的傳導(dǎo)率略等于錫的傳導(dǎo)率的2.5倍，因此在尚未接近有壓縮變形的接觸表面時(shí)，電流在黃銅中的分配會(huì)保持恒定。接觸部分的面積與接觸彈片橫截面積的比越小則這種效果就越明顯。

　　由圖2.13所示可顯而易見這種選擇的正確性。壓縮電阻是通過等式(2.9)對(duì)錫的硬度及黃銅的電阻系數(shù)進(jìn)行換算而得出，其可變的接合力是被指定在虛線所包括的范圍。覆蓋在黃銅表面厚度為2.5微米的錫涂層的測(cè)量電阻，作為接合力的一個(gè)特性而繪制成一條實(shí)線。該實(shí)線與虛線具有良好的重合性，而錫涂層的厚度若為12.5微米，則其測(cè)量電阻值實(shí)線與計(jì)算值虛線產(chǎn)生了較大的偏移，其原因可由圖2.14的例子說明。厚的錫涂層對(duì)壓縮電阻導(dǎo)入了較大的電阻（主要是因?yàn)殄a的電阻系數(shù)較大的緣故）。

　　顯然，等式(2.9)的運(yùn)用具有一定的限制條件，最起碼要先了解設(shè)計(jì)及選材對(duì)壓縮電阻的影響，尤其要知道一般接合力及接觸面的分布是決定接觸電阻的主要因素。接觸面的分布主要依賴于接觸面的宏觀幾何形狀，亦即插座端子與插頭端子各自接觸表面的幾何形狀。

2.3.2  表面氧化物的接觸電阻

　　也許在這里還有必要重提等式(2.9)所介紹的金屬接觸，不論是何種金屬涂層，其上均會(huì)附著一層諸如氧化物之類的化學(xué)物質(zhì)，則前面所提及的接觸面變形實(shí)際上就是指這些氧化物的變形。至于表面氧化膜，不管是開頭所提到的還是在連接器的運(yùn)用中出現(xiàn)的，均是影響接觸界面的不利因素。選擇合適的接觸面鍍層將對(duì)生成的氧化膜起著決定性作用，不僅可決定氧化膜的種類還可決定其受到破壞的容易程度。這類話題將在第三章中作詳細(xì)討論。

　　如果表面氧化膜并沒有消除或只是部分被消除，其結(jié)果將導(dǎo)致給壓縮電阻額外加上一個(gè)電阻。氧化膜電阻可有兩種存在形式，如圖2.15示。如果氧化膜沒被消除，伴隨壓縮電阻的產(chǎn)生將會(huì)產(chǎn)生氧化膜電阻（如2.15圖左側(cè)示意）。如果氧化膜被部分消除，則該氧化膜電阻會(huì)成為有效電阻與金屬壓縮電阻并聯(lián)（如2.15圖右側(cè)示意）。這種高阻抗的氧化膜電阻由于金屬接觸導(dǎo)通而相當(dāng)于被有效地減小了其厚度。但是，從整體上來(lái)講，電阻值還是升高了，原因是氧化膜的存在減小了金屬接觸面的面積。

　　表面氧化物引起的電訊衰弱．氧化物的電阻系數(shù)可以為很高，相當(dāng)于半導(dǎo)體到絕緣體的電阻系數(shù)范圍，并具有高度可變性。氧化物的可變性可發(fā)生在以下三個(gè)化合物性質(zhì)方面：

　　．成份

　　．結(jié)構(gòu)

　　．厚度

　　這三個(gè)性質(zhì)，均與氧化膜形成的條件有關(guān)。特別是環(huán)境的成份，溫度，濕度對(duì)氧化膜的結(jié)構(gòu)、性能起著決定性作用。由于氧化膜的易變化性，所以對(duì)氧化膜進(jìn)行機(jī)械性的破壞是處理氧化膜的首選方法。

　　然而，氧化膜的結(jié)構(gòu)卻有利于與電相關(guān)的方面，Wagar和Holm均對(duì)此作過詳盡描述，現(xiàn)簡(jiǎn)要地概括如下。一個(gè)電場(chǎng)穿過一絕緣體或者一高阻抗薄膜將會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生新的機(jī)構(gòu)，如電橋、可提供fritting的機(jī)構(gòu)，用一臨界電場(chǎng)導(dǎo)致電壓穿過氧化膜是實(shí)現(xiàn)這一目的的必要條件�？墒�，更多的情況下臨界電場(chǎng)（甚至是臨界電壓）也是依賴于更前面所提及的可變因素：表面氧化膜的厚度、組成及結(jié)構(gòu)。另外，當(dāng)電橋產(chǎn)生以后，電橋的電阻也要依賴于電流的大小。該等電阻的可變化性加上電壓需求的可變化性會(huì)導(dǎo)致表面氧化物的電子故障并給一般的電子應(yīng)用帶來(lái)麻煩。 

　　表面氧化物的機(jī)械破裂．因?yàn)橹圃煲唤饘俳佑|界面的需要，表面氧化物的機(jī)械破裂在連接器上尤其重要。馬口鐵（鍍錫鐵皮）以錫作為接觸鍍層來(lái)源于這樣一個(gè)事實(shí)，即馬口鐵表面上原有的氧化物薄膜在連接器對(duì)接時(shí)很容易破裂和轉(zhuǎn)移。氧化物轉(zhuǎn)移的機(jī)理如圖2.16所示。在馬口鐵表面覆蓋有一層又�。◣资�分之一公尺）又硬又易破裂的氧化物薄膜，薄膜下的馬口鐵則又軟又具延展性。當(dāng)于此馬口鐵施加一接觸壓力時(shí)，很薄的氧化物層不能承受該載荷，又因?yàn)樗�很易破裂，在這樣的條件下，載荷被傳導(dǎo)進(jìn)又軟又具延展性的馬口鐵內(nèi)部，其在載荷下開始流動(dòng)，且隨著馬口鐵的流動(dòng)，氧化物薄膜擴(kuò)大裂縫而馬口鐵通過裂縫被擠出。此外，馬口鐵表面開始形成可電性導(dǎo)通的區(qū)域。威廉姆斯在鋁而不是在馬口鐵上證實(shí)了這種機(jī)理，如圖2.17所示。圖2.17之左圖表示當(dāng)一球載荷施加在鋁平面上時(shí)，鋁表面上的氧化物所發(fā)生的破裂；右圖表示在鋁的表面氧化物被去除此之后，原來(lái)發(fā)生破裂的區(qū)域。在鋁的氧化物界面上，鋁被明顯從裂縫中擠出，而比鋁更軟的馬口鐵則更易受這一機(jī)理的影響。圖2.18的數(shù)據(jù)可證實(shí)上面的假設(shè)。圖2.18表明對(duì)于一個(gè)鋁與鋁相互接觸的系統(tǒng)，接觸阻抗對(duì)應(yīng)于接觸壓力的關(guān)系。

　　接觸幾何形狀的研究包括半球面而不只是平面，加載與卸載的數(shù)據(jù)都表明：甚至在很小的接觸壓力下，當(dāng)加載時(shí)，馬口鐵的表面氧化物很容易地轉(zhuǎn)移是接觸阻抗急劇下降的一個(gè)象征，這暗示一個(gè)金屬接觸界面的創(chuàng)建。進(jìn)一步的金屬接觸的證據(jù)能夠從以下事實(shí)被推證，即隨載荷的移動(dòng)，低阻抗價(jià)值被保持。這種特性被解釋成為在接觸界面發(fā)生了冷焊。隨載荷的降低，冷焊維持完整的界面。更進(jìn)一步的冷焊的證據(jù)是事實(shí)上，在許多情況下，對(duì)于卸載時(shí)的分離接觸，一個(gè)確定的壓力是必要的。泰姆塞特在研究鋁的接觸時(shí)證明了同樣的特性。

　　在圖2.18的載荷條件下，從軟和硬的物質(zhì)上薄膜轉(zhuǎn)移的不同可以得到圖2.18與圖2.19的數(shù)據(jù)比較．在這個(gè)例子里，對(duì)于半球面和平面，接觸金屬都是銅合金C72500(89%銅9%鎳2%錫)�？諝庵袩崂匣�性導(dǎo)致了表面氧化物的形成。C72500明顯比馬口鐵硬所以在載荷條件下的破裂會(huì)更低。因?yàn)檎�是破裂�?qū)使裂縫和表面氧化物分離的產(chǎn)生，而在C72500比在馬口鐵上更難轉(zhuǎn)移氧化物。此外，C72500通過裂縫擠壓而出的部分將更少。這些不同如圖2.19所示。隨載荷的施加，對(duì)于分裂表面氧化物，更高的接觸壓力是必要的。直到100克力被施加，否則不會(huì)發(fā)生接觸阻抗的明顯下降。由于C72500比馬口鐵更硬，所以它上面的接觸點(diǎn)會(huì)更小。此外，變形的減少將導(dǎo)致更少的氧化物的分離與擠出。因?yàn)榻饘俳佑|區(qū)域的減少，這些機(jī)理影響下的組合會(huì)導(dǎo)致更高的接觸阻抗。C72500的卸載特性也不同。它比馬口鐵具有更好的彈性，也經(jīng)歷更多的彈性變形，并隨載荷的移動(dòng)發(fā)生彈性回復(fù)。這會(huì)產(chǎn)生分離表面及打破接觸點(diǎn)的趨勢(shì)。正象所指出的那樣，在低于60克力時(shí)接觸阻抗的增加。以上數(shù)據(jù)表明，至少在微觀上，當(dāng)缺少殘余應(yīng)力去提供接觸界面的機(jī)械穩(wěn)定性時(shí)，單純依靠冷焊不可能足以維持接觸幾何形狀界面。這個(gè)事實(shí)會(huì)在以后被重提，并將在討論卷曲連接時(shí)表現(xiàn)出其它的意義。

2.3.3　總論

在電子與機(jī)械方面，接觸界面的粗糙模式都提供了解釋。簡(jiǎn)單說來(lái)，接觸界面形態(tài)論依靠(depend on)表面粗糙度、接觸界面上的壓力和接觸表面的幾何形狀。表面粗糙度強(qiáng)烈地影響粗糙接觸點(diǎn)創(chuàng)建的數(shù)目。接觸界面壓力，決定全部的接觸區(qū)域，而接觸彈性幾何形狀決定遍及(over) 粗糙分配的區(qū)域。這解釋了為什么接觸壓力和接觸幾何形狀是主要的設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)的原因，并且這兩個(gè)因素都將在6.2節(jié)中詳細(xì)討論。

第三章　　接觸鍍層

大多數(shù)電連接器使用接觸鍍層的原因有兩個(gè)。首先保護(hù)接觸彈片的基材金屬不受腐蝕，其次是優(yōu)化接觸界面的性質(zhì)，尤其是連接器的機(jī)械和電氣性能。

　　首先應(yīng)考慮腐蝕防護(hù)。大多數(shù)電連接器接觸彈片是由銅合金制成，而銅合金在典型的電連接器工作環(huán)境中容易受到腐蝕，如氧化和硫化。實(shí)際上，接觸鍍層是用來(lái)封閉接觸彈片與工作環(huán)境隔開以防止銅的腐蝕。當(dāng)然，鍍層材料在其工作環(huán)境里必須不被損害（至少在有害的范圍內(nèi)）。作為腐蝕防護(hù)重要功能的同時(shí)，優(yōu)化界面是選擇合適的接觸鍍層材料的考慮因素。

　　與機(jī)械性能有關(guān)的參數(shù)主要是影響鍍層的耐久性、或磨損，以及配合力的因素。正如第二章所提到的，事實(shí)上這些要考慮的因素，是在相同基本效果下的兩種不同的看法，即多點(diǎn)接觸界面在相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中冷焊連接的分離。最重要的機(jī)械性能包括硬度，延展性和鍍層材料的摩擦系數(shù)。所有這些性質(zhì)要依鍍層材料的內(nèi)在性質(zhì)及其所運(yùn)用的工作過程而定。

　　電氣性能的優(yōu)化可從如下方面考慮，即對(duì)已經(jīng)存在和即將形成的位于接觸鍍層表面薄膜的控制。如第一章討論的，電連接器電氣性能的一個(gè)主要需求是建立和維持穩(wěn)定的連接器阻抗。為達(dá)到這個(gè)目的，需要一個(gè)金屬接觸界面以提供這樣的固有穩(wěn)定性。建立這樣的接觸界面需要表面薄膜能在接觸配合的時(shí)候避開或分裂。這兩種不同的選擇明確了貴金屬或稀有金屬和普通金屬之間的區(qū)別。

　　在不同程度上，貴金屬鍍層(如金，鈀以及它們的合金)其本質(zhì)對(duì)表面薄膜來(lái)說是游離的。對(duì)這些鍍層來(lái)說產(chǎn)生界面的金屬接觸相對(duì)較簡(jiǎn)單，因?yàn)樗鼉H僅需要接觸表面的伴隨物在配合時(shí)的移動(dòng)。通常這很容易實(shí)現(xiàn)。為維持接觸界面阻抗的穩(wěn)定性，連接器設(shè)計(jì)要求應(yīng)注意保持接觸表面貴金屬性以防止外在因素如污染物、基材金屬的擴(kuò)散以及接觸磨損的影響。以上每個(gè)因素都將加以詳細(xì)討論。

　　普通金屬鍍層—特別是是錫或錫合金—其表面都自然覆蓋有一層氧化薄膜。錫接觸鍍層的利用，是因?yàn)檫@層氧化物容易在配合時(shí)候被破壞，這樣金屬接觸就容易被建立起來(lái)。電連接器設(shè)計(jì)的需求是能保證氧化膜在連接器配合時(shí)破裂，而在電連接器的有效期內(nèi)確保接觸界面不再被氧化。再氧化腐蝕，在磨損腐蝕中，是錫接觸鍍層最主要的性能退化機(jī)理。銀接觸鍍層最好被當(dāng)作是普通金屬鍍層，因?yàn)樵撳儗尤菀资艿搅蚧�物和氯化物的腐蝕。由于氧化物的形成通常也把鎳鍍層當(dāng)作是普通金屬。

本章將討論接觸鍍層材料和電連接器的選擇標(biāo)準(zhǔn)。在討論材料之前先按次序討論一下采用接觸鍍層的主要方法。

3.1鍍層方法

　　有幾種方法在接觸鍍層中得以運(yùn)用。主要有三種技術(shù)：

　　．電鍍（electrodeposition）

　�。畤婂儯�cladding）

．熱浸（hot dipping）

3.1.1電鍍

　　電鍍是在連接器制造中，在接觸彈片上加以鍍層有最為廣泛的使用方法。這里僅對(duì)其基本過程作一簡(jiǎn)要描述。更為詳細(xì)的討論可見于Durney和 Reid以及 Goldie的論述中。

　　典型的電鍍單元如圖3.1所描述。電鍍是電鍍液中的金屬離子沉積到陰極(本圖中是接觸彈片)，其中金屬離子可來(lái)自電鍍液中的可溶性陽(yáng)極，以補(bǔ)充沉積到陰極上的金屬離子。在這個(gè)簡(jiǎn)單的單元中，沉積電鍍過程主要是由溶液的化學(xué)作用和陰極表面的電流分布來(lái)控制。

　　原則上電鍍過程的現(xiàn)象描述是非常簡(jiǎn)單的。鍍層材料如金，沉積在底層基本金屬不同的點(diǎn)上并且在電鍍過程中在鍍層的表面漸漸加厚。達(dá)到一定厚度時(shí)，鍍層“完全地”覆蓋在底層金屬的表面上。圍繞“完全”這個(gè)詞的引證都是為了揭示這樣一個(gè)事實(shí)，即鍍層覆蓋的程度由基材金屬的表面特性和清潔程度以及電鍍過程而定。電鍍過程中最普通的缺點(diǎn)是在鍍層上有很多孔隙（pores）。這種多孔性（porosity）和它對(duì)接觸性能的影響將在后面的章節(jié)中討論。

　　大多數(shù)電連接器接觸鍍層是在不斷循環(huán)往復(fù)（reel-to-reel）的過程進(jìn)行以充分利用這個(gè)過程的成本效用。在本世紀(jì)七十年代和八十年代初期，大量的努力都是為了減少電連接器鍍層中金的使用量，因?yàn)楫?dāng)時(shí)其價(jià)格高達(dá)800美元。減少金鍍層的厚度（如后面章節(jié)中將討論的，利用鎳底層是可能達(dá)到的）和控制金的數(shù)量及其在接觸處的位置取得了極大成功。

　　接觸鍍層電鍍通常有三種類型：完全電鍍（overall），局部電鍍 （selective），雙重電鍍（duplex）。上述例子可見圖3.2所示。正如所預(yù)料的，完全電鍍（overall）是鍍層完全覆蓋在接觸表面上。錫接觸通常是完全鍍層。對(duì)貴金屬接觸而言，出于對(duì)成本的考慮一般采用局部電鍍（selective ）或雙重電鍍（duplex）。在這兩種情況下，貴金屬是有選擇性的運(yùn)用于可分離性接觸的末端，而此運(yùn)用不同于在永久性連接或其末端中鍍層的運(yùn)用。選擇性接觸鍍層有用在永久性連接上的金鍍層，但鍍層厚度在每一末端可能不同。雙重電鍍（Duplex）通常都是鍍?cè)谟谰眯赃B接末端的錫或錫合金。

應(yīng)當(dāng)注意到電鍍材料的性能，尤其是貴金屬，它與相同的鍛造性材料（wrought form）有很大的不同。一般來(lái)說，電鍍材料更硬而延展性較差，且比鍛造性材料的密度小。其變動(dòng)范圍與材料本身和電鍍過程均有關(guān)系。

3.1.2 噴鍍

　　噴鍍是指在高壓作用下以機(jī)械結(jié)合的方法將兩金屬接觸面結(jié)合到一起。通常有三種方式：完全噴鍍（overlays） ，選擇噴鍍（toplays） 和鑲嵌噴鍍（inlays）。其中完全噴鍍（overlays）完全覆蓋底層金屬。選擇噴鍍（Toplays）僅僅有選擇的覆蓋底層金屬表面的一部分。鑲嵌噴鍍（Inlays）是包覆金屬的一種特殊情況，其接觸鍍層材料是有選擇性的噴鍍?cè)陂_有溝槽的底層金屬上。所開鑲嵌噴鍍溝槽可提供清潔的接觸表面以促進(jìn)結(jié)合的可靠性。連續(xù)不斷的減少是為了得到條狀金屬以達(dá)到最終需要的厚度從而增強(qiáng)金屬結(jié)合的壓力。此外結(jié)合增強(qiáng)因?yàn)橄嗷�擴(kuò)散過程而發(fā)生在熱處理過程中。更多關(guān)于噴鍍（cladding）方面的數(shù)據(jù)可見于Harlan。

　　鑲嵌噴鍍（inlay）和電鍍接觸鍍層之間有兩個(gè)主要的不同點(diǎn)。第一：鑲嵌噴鍍使用鍛造材料，這樣使得其接觸鍍層的材料性能與電鍍材料的性能不一樣。第二，與電鍍相比其可用的材料范圍更廣。特別是貴金屬合金如WE1(其中金69 ﹪-銀25%-鈀6%)以及鈀60%-銀40%合金作為鑲嵌噴鍍（inlay）材料是不能用在電鍍過程中的。

錫和噴鍍層或鑲嵌層同樣用在電連接器中，但并不總是用作接觸界面。這些覆蓋材料通常是在接觸末端提供可焊接的表面。

3.1.3 熱浸

　　在電連接器運(yùn)用中，熱浸僅用于錫和錫合金。在下面的討論中錫包括錫合金—在大多數(shù)情況下，指錫60%-鉛40%或  易熔的錫-鉛合金。熱浸包括將條形金屬通過熔融的錫溶液使其表面鍍上一層錫。其厚度控制是由不同的過程包括空氣刀（air knives）及空氣刷（air wipers）。典型的厚度，和厚度控制因此也由加工過程而定。

從一接觸界面的透視圖可以看出，熱浸和鑲嵌噴鍍或電鍍錫鍍層之間最大的區(qū)別是在熱浸過程中形成金屬間化合物。甚至在室溫下，銅-錫金屬間化合物形成的同時(shí)，如果不小心熱浸能產(chǎn)生大量金屬間化合物。過多的金屬間化合物不能提供可接受的接觸性能且對(duì)接觸的可焊接性能產(chǎn)生負(fù)面影響�！　　≡跓峤�的時(shí)候?qū)��?huì)產(chǎn)生金屬間的厚度，為確保接觸表面是事實(shí)上是錫而非金屬間化合物，必須小心控制熱浸過程中金屬間化合物產(chǎn)生的厚度。

3.1.4 總結(jié)

采用三種方法將會(huì)在接觸鍍層的性能上產(chǎn)生不同的特性。電鍍鍍層通常比噴鍍鍍層更硬而延展性更差，很接近鍛造材料的性能。熱浸鍍層僅限用于錫和錫合金。

3.2 接觸鍍層材料

接觸鍍層將分兩類進(jìn)行討論，貴金屬鍍層和普通金屬鍍層。貴金屬鍍層包括金和鈀及其合金材料。普通金屬鍍層包括錫和錫合金，銀和鎳。本節(jié)的討論從貴金屬鍍層開始。

3.2.1貴重接觸鍍層

　　貴金屬接觸鍍層是一種系統(tǒng)，其中每個(gè)組件執(zhí)行復(fù)雜的功能。為了理解對(duì)接觸鍍層的需求，必須理解組件間的相互作用。

　　貴金屬接觸鍍層包括涂在底層，通常是鎳表面的貴金屬表層。貴金屬表層厚度一般在0.4至1.0微米之間而其鎳底層厚度一般在0.8至2.5微米之間�，F(xiàn)在也開始使用厚度小于0.1微米的金鍍層。如上所述，貴金屬表層的作用是提供一(film free)金屬接觸界面以確保所需要的金屬接觸界面。鎳底層是用于防止貴金屬表層大量的潛在性結(jié)構(gòu)退化（potential degradation mechanisms），有些退化機(jī)理是源于接觸彈片的基材金屬，同時(shí)其它退化機(jī)理則是因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境的影響。鎳底層的這些保護(hù)功能將在后節(jié)詳細(xì)討論。如前所述，最常用的貴金屬接觸鍍層材料是金、鈀或其合金。

　　金．金是一種理想的接觸鍍層材料，它不但具有相當(dāng)優(yōu)良的導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能，而且?guī)缀踉谌魏苇h(huán)境中，都有良好的抗腐蝕性。因?yàn)檫@些特性，金在要求高可靠性電連接器的使用中經(jīng)常采用。但是金非常昂貴，因?yàn)樵撛�因要考慮可替換的材料。關(guān)于金的替換性材料將在以后討論。

　　金合金．金合金保持了純金的許多特性同時(shí)其價(jià)格卻比純金低的多。金合金的運(yùn)用已得到了各種各樣的成功。成功的程度依賴于其熔合劑（alloying agent）的特性及電連接器預(yù)期的工作條件。合金處理將提高金的電阻系數(shù)及硬度和降低金的導(dǎo)熱性及抗腐蝕力。其總的效果（net effect）是電阻有微小的升高但在環(huán)境穩(wěn)定性方面卻有潛在的重要降低。金硬度的提高使接觸鍍層的耐久性有了提高，但是，金合金的性能在一定范圍的運(yùn)用上可以接受的，所以它們不斷地被利用。Western Electric 發(fā)明的金合金WE1，是一種69%金—25%銀—6%鉑的鑲嵌噴鍍鍍層。

　　鈀．鈀也是一種貴金屬但是，除了硬度以外，其與上面所述的金的許多重要特性都不相同。與金相比，鈀有較高的電阻率，較低的導(dǎo)熱率，以及較差的抗腐蝕能力。除了活潑性，鈀還是聚合體形成的催化劑（catalyst），在有機(jī)水汽存在時(shí)，濃縮的有機(jī)水汽（organic vapors）通過摩擦運(yùn)動(dòng)集合在鈀表面。這樣的摩擦聚合體或棕色粉末（brown powder）會(huì)導(dǎo)致接觸阻抗增加。鈀的硬度比金要高，因此提高了鈀接觸鍍層的耐久性。鈀還有價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)所以已大量用于電連接器，尤其是柱狀端子（post）。但是大多數(shù)情況，鈀的表面還要鍍一層厚度大約為0.1微米的金（a gold flash）。Whitley ，Wei 和 Krumbein對(duì)用金鈀鍍層代替金鍍層進(jìn)行了討論。

　　鈀合金．有兩種鈀合金運(yùn)用在電連接器上。第一，80%鈀—20%鎳的鈀鎳合金，一種可電鍍合金，通常其表面也要鍍一層薄金。第二，60%鈀—40%銀的鈀銀合金，它既用作接觸鍍層金屬也用作底層金屬，其表面通常也鍍一層薄純金，鈀銀合金是一種鑲嵌噴鍍材料。

　　合金處理對(duì)接觸阻抗的影響．合金通過兩種方式影響接觸阻抗。首先，它改變了接觸阻抗的初始值。其次更重要的是，它改變了環(huán)境中的穩(wěn)定性（environmental stability）。下面的數(shù)據(jù)說明了這一點(diǎn)。軟金，硬金（金—鈷0.1），鈀，80%金—20%鈀金鈀合金及80%鈀—20%鎳的鈀鎳合金等接觸鍍層金屬在“可接受條件（as-received）”下其接觸阻抗隨接觸壓力的變化數(shù)據(jù)（如圖3.3所示）以及加熱到250度在空氣中保持16小時(shí)后的變化數(shù)據(jù)（如圖3.4所示）。

　　首先分析可接受條件下圖3.3中的數(shù)據(jù)。所有上述材料在接觸壓力作用下具有近似的接觸阻抗。該條件下這些材料的硬度、導(dǎo)電率及耐腐蝕性等方面差異都不明顯。在100克力作用下（典型的電連接器接觸壓力值），接觸阻抗大約在0.6至2.0毫歐之間變化。盡管這些變化是很明顯的，但所有這些數(shù)值對(duì)大多數(shù)電信連接器的運(yùn)用而言都是可接受的。加熱后的數(shù)據(jù)（圖3.4所示）則顯然不同。

　　軟金、金鈀合金及鈀幾乎不受溫度影響。這些材料幾乎不形成氧化物或者沒有形成氧化物的傾向。實(shí)際上，在溫度輻射降低硬度(H)和電阻系數(shù)(ρ)過程中由于退火（annealing），阻抗值只有輕微的下降。硬度和電阻系數(shù)的下降對(duì)接觸阻抗的影響可以從公式2.9得知，將其重新整理為公式(3.1)：

           　�。�c=kρ(H/Fn)1/2 　　　　　　　           （3.1）

　　但鈀鎳合金及硬金卻表現(xiàn)出與之不同的特性，接觸阻抗顯著增加。在這兩種情況下，接觸阻抗的增加是因?yàn)楸砻嫜趸�膜的形成。鈀鎳合金生成氧化物是因?yàn)楹辖鹬?/SPAN>20%的鎳。硬金中氧化物的生成則是由于鈷硬化劑。鈷很容易生成氧化物，甚至鈷的含量很低(大約0.1%)，加熱到250度很快會(huì)生成氧化物。氧化物快速生成的機(jī)理是鈷元素在金中的擴(kuò)散。由于鈷原子隨機(jī)分布在金原子矩陣中，無(wú)論何時(shí)鈷原子到達(dá)表面，它很快就被氧化并附著在合金表面。最終表面鈷的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其內(nèi)部0.1%的名義含量值，鈷氧化膜即導(dǎo)致接觸阻抗的顯著升高。因?yàn)樵撛�因，鈀合金很少用在溫度高于125度的環(huán)境中。

　　這個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)清楚表明了貴金屬合金一個(gè)潛在的危險(xiǎn)。金鈀合金沒有出現(xiàn)大的影響，如將要說明的，因?yàn)殁Z也是或相對(duì)而言也是一種貴金屬。但金鎳合金，因?yàn)殒噺?qiáng)烈的氧化傾向，是一種非常不同的情況。合金的成份—特別是基材金屬成份—在反應(yīng)性環(huán)境（reactive environments）中對(duì)接觸阻抗性能有很大的影響。

合成貴金屬接觸鍍層．合成貴金屬接觸鍍層包括一厚度為0.1微米（on the order of 0.1μm in thickness）薄金層，及覆蓋的以降低在腐蝕性環(huán)境中合金表面活性的反應(yīng)性表面。在電連接器上，通常在鈀或鈀合金表面覆蓋一層薄金。金表面保持了金的貴金屬特性的優(yōu)點(diǎn)。鈀或鈀合金作為一種貴金屬底層材料，其提供了大部分鍍層的指定厚度。這些利用80%鈀—20%鎳的鈀鎳合金及60%鈀—40%銀的鈀銀合金的金屬底層，由于與金相比鈀或鈀合金的價(jià)格低廉，其在電連接器上運(yùn)用正在上升。

．小結(jié)．

總的來(lái)說，對(duì)貴金屬接觸鍍層而言，有必要保持鍍層金屬的貴金屬特性以防止外來(lái)因素對(duì)鍍層的腐蝕。如孔隙腐蝕，暴露基材金屬邊緣或磨痕的腐蝕，以及腐蝕的蔓延等。鎳底層對(duì)減少這些腐蝕的可能性是很重要的。另外，鎳底層提高了貴金屬接觸鍍層的耐久性。注意到兩件式電連接器的接觸鍍層，尤其是印制電路板上用于配合卡邊緣電連接器的襯墊，應(yīng)具有相當(dāng)?shù)男阅堋?/SPAN>

3.2.2 普通金屬鍍層

　　普通金屬鍍層與貴金屬鍍層的區(qū)別在于它們的表面通常存在表面膜。既然建立并保持金屬接觸界面是電連接器設(shè)計(jì)的一個(gè)目標(biāo)，必須要考慮這些膜的存在。對(duì)普通金屬鍍層設(shè)計(jì)要求是保證配合時(shí)膜的移動(dòng)和阻止以后膜的形成，主要通過它們確保接觸界面的穩(wěn)定性。接觸正壓力與接觸幾何形狀，同電連接器配合時(shí)的插拔一樣，對(duì)含有膜的接觸表

面也非常重要。

　　將討論三種普通金屬接觸鍍層：錫，銀和鎳。錫是最常用的普通金屬鍍層。銀鍍層有利于高電流接觸。鎳所知道的是限于作為高溫接觸鍍層。如前面所討論的，鎳作為貴金屬鍍層的底層非常重要。

　　錫及錫鉛合金鍍層．本章中，詞‘錫’的運(yùn)用打算包括廣泛運(yùn)用在可分離接觸界面的93%錫—7%鉛合金。第二種合金，60%錫—40%鉛，主要用于焊接連接，本節(jié)將不作討論。

　　如第二章所討論的，錫作為可分離接觸界面的運(yùn)用源于錫表面大量氧化膜在電連接器配合時(shí)可能會(huì)移動(dòng)（displaced）。這種移動(dòng)是困為錫與錫氧化物的硬度相差很大。

　　但是，連接器的運(yùn)用過程中錫表面的再氧化是錫鍍層的主要退化機(jī)理。該機(jī)理，后面將要討論的，通常稱作摩損腐蝕。

　　銀接觸鍍層．銀因?yàn)楦�硫和氯反�?yīng)產(chǎn)生表面膜而被作為普通金屬。硫化膜如果不破裂能在銀接觸時(shí)產(chǎn)生二極管的功能效果。電話機(jī)收發(fā)過程中的繼電器運(yùn)用（relay applications in telephony）會(huì)受到這種影響而致使銀作為接觸鍍層的名聲很壞。但是應(yīng)該注意到，這些運(yùn)用都是低插拔或者無(wú)插拔（low-or non-wiping），從而使接觸界面對(duì)氧化膜非常敏感。電連接器配合時(shí)的插拔可減小這種敏感性。

　　銀的另一個(gè)特性限制了它的使用。它能夠移到接觸表面致使接觸間或印制電路板的襯墊產(chǎn)間發(fā)生短路（shorts）。Krumbein對(duì)移動(dòng)過程提出了總的看法。

　　盡管銀的兩個(gè)性質(zhì)，硫化物及移動(dòng)，限制了銀作為接觸鍍層的運(yùn)用，但是如上所述，這種問題只是產(chǎn)生在繼電器（尤其是無(wú)插拔繼電器）而不是電連接器的運(yùn)用上。

　　典型的銀鍍層厚度從3μm到8μm。通常，與相同厚度的金相比，銀相對(duì)軟一些（knoop 100），這也與它作為接觸鍍層的耐久性相對(duì)應(yīng)。銀表面的硫化膜也非常軟且容易破裂。注意到因?yàn)榱蚧�物的形成銀不會(huì)經(jīng)受磨損腐蝕是很重要的。氯化物與普通化合物不同其移動(dòng)更加困難，因?yàn)槁然�膜更硬且更粘附。包括硫化物與氯化物的腐蝕物的混合型膜可在有些環(huán)境里形成，這些膜非常堅(jiān)固。但是在大多數(shù)條件下，銀表面膜通過配合時(shí)的摩擦容易破裂。

　　銀具有優(yōu)良的導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性及高電流時(shí)的抗冷焊力。這些特性使得銀成為優(yōu)良的高電流接觸的可選材料，在這些運(yùn)用中應(yīng)該考慮銀接觸鍍層。

鎳接觸鍍層．鎳鍍層因其表面緊帖的堅(jiān)硬的氧化物而屬于普通金屬。鎳表面氧化物可以被破壞，但是需要很大壓力，因?yàn)殒囇趸�物的厚度具有自我限制特性（大約為100納米），施加不到1伏的電壓即能電解。利用鎳的這種性能其可作為電極（battery contact material）。同錫相似，鎳也非常易受磨損腐蝕。

3.3　選擇可分離接觸界面的接觸鍍層的考慮

基于鍍層材料性能總的簡(jiǎn)要看法，本討論選擇性考慮電連接器上的貴金屬鍍層與普通金屬鍍層。膜處理，配合時(shí)表面膜的破壞以及避免以后膜的形成，對(duì)兩種不同鍍層的要求是不同的。對(duì)貴金屬而言，保持其貴金屬性以防止裸露的基材金屬受到腐蝕正是我們所需要的。從這個(gè)目的上來(lái)說作為底層的鎳的作用十分重要。而對(duì)錫鍍層而言，防止磨損腐蝕則是首要的。

3.3.1 貴金屬接觸鍍層系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮

　　接觸表面被履貴金屬的存在，本身并不能保證a film-free 表面。為防止能夠達(dá)到接觸表面的接觸彈片基材金屬的蔓延，金屬鍍層必須連續(xù)并且有足夠的厚度。貴金屬鍍層的中斷能導(dǎo)致基材金屬裸露部位的腐蝕。鍍層中斷可因整個(gè)制造和鍍層過程的不同原因而產(chǎn)生。多孔性（porosity）已經(jīng)提到，接觸鍍層磨損是基材金屬裸露的另一原因。當(dāng)然，多孔性與磨損非常不同，多孔性是制造問題而磨損則涉及到運(yùn)用。無(wú)論是多孔性還是磨損原因，基材金屬的裸露是令人擔(dān)憂的（of concern），因?yàn)槁懵兜幕�材金屬在典型電連接器的工作環(huán)境中可能受到腐蝕。接觸彈片材料的基材金屬成份蔓延到金接觸表面能產(chǎn)生表面膜。正如將討論到的，減少基材金屬腐蝕的可能性是鎳底層的功能之一。

　　進(jìn)一步詳細(xì)考慮多孔性。在電鍍過程的討論中，多孔性被描述為產(chǎn)生于電鍍金屬的運(yùn)動(dòng)（kinetics）。對(duì)金鍍層而言，典型的多孔性對(duì)鍍層厚度的曲線如圖3.5所示。當(dāng)然，這些曲線的形狀及厚度同電鍍金屬特性及運(yùn)用一樣依賴于端子加工過程。圖3.5說明了為什么電鍍貴金屬接觸鍍層厚度一般從0.4到1.0微米的一個(gè)原因，鍍層厚度小于0.4微米，孔數(shù)增加很快。而鍍層厚度大于1微米，孔數(shù)很少，從運(yùn)用觀點(diǎn)來(lái)看，其降低比率是微不足道的。

不必?fù)?dān)心孔隙的存在，因?yàn)榭紫兜奈恢貌粫?huì)實(shí)質(zhì)性影響金屬對(duì)金屬接觸面的產(chǎn)生。擔(dān)心的是如果孔隙暴露了基材金屬可能在孔的位置產(chǎn)生腐蝕。圖3.6對(duì)該腐蝕機(jī)理作了闡明。腐蝕物可充滿整個(gè)孔隙而且，更重要的是，如圖示的那樣，腐蝕物可從孔隙的位置移到鍍層的表面。隨著腐蝕物延伸到鍍層表面，如果端子接近另一端子，例如相互摩擦，很可能干擾接觸界面的形成或減少既定接觸界面的接觸面積。

　　多孔性對(duì)電連接器性能的影響是有爭(zhēng)論的。根據(jù)剛才所述的機(jī)理，孔隙腐蝕可導(dǎo)致接觸阻抗的升高，但多孔標(biāo)準(zhǔn)及其工作環(huán)境的相互作用決定該性能的退化速度和退化程度。鎳底層對(duì)減少孔隙腐蝕可能性的作用將在后節(jié)討論。正如所預(yù)料的那樣，對(duì)處于混合流動(dòng)氣體環(huán)境中小體系電連接器的重要研究顯示了電連接器性能隨多孔性的退化趨勢(shì)。但是并沒有一個(gè)臨界孔數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。有許多高多孔性產(chǎn)品在預(yù)測(cè)最容易退化的環(huán)境里表現(xiàn)出良好的性能。后面將研究的電連接器中孔隙位置及其基座的屏蔽效果可以解釋這種現(xiàn)象。

　　接觸鍍層的磨損，如所提到的，也可能導(dǎo)致基材金屬的裸露。接觸鍍層的抵抗力，或耐久性決定于許多因素。包括：

　�。�接觸正壓力

　�。�配合間距

　�。�接觸幾何形狀

　　．磨損機(jī)理

　�。�接觸鍍層

　　為了本討論，我們僅考慮接觸鍍層的影響。其它因素對(duì)電連接器耐久性的影響將在第六章討論。

影響接觸磨損或耐久性的三個(gè)鍍層特性是：

（1）鍍層材料的硬度；

（2）鍍層材料的摩擦系數(shù)；

（3）鍍層厚度。

隨硬度的增大和摩擦系數(shù)的減少，在其它所列因素的聯(lián)合作用下鍍層的耐久性將會(huì)提高。耐久性也會(huì)因鍍層厚度的增加而提高。同厚度對(duì)多孔性的影響一樣，為既定的運(yùn)用選擇適當(dāng)?shù)腻儗雍穸纫矔?huì)影響接觸磨損或耐久性。至于材料的特性，須首先考慮硬度的影響。

　　電鍍的接觸金鍍層通常是硬金（hard gold），即金鍍層包含有硬化劑（hardening agent）。從根據(jù)Antler改編的圖3.7，可以看出與軟金（soft gold）或純金相比，硬金耐久性有了提高。但是，通過使用鎳底層，電連接器的耐久性有了更大提高。

　　鈷是最普通的硬化劑，但鎳也是很有效的。正如前面所討論的，硬化劑的可能負(fù)面影響包括提高了腐蝕敏感性，降低了導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性及鍍層的延展性。

　　因硬化劑導(dǎo)致的延展性的降低也能影響電連接器耐久性能。兩種影響應(yīng)同時(shí)加以考慮。延展性的降低能減少在既定壓力下接觸面積的增加，從而減少了粘附性磨損。但延展性降低能通過提高鍍層破碎及促進(jìn)研磨性磨損而增加磨損。

　　鍍層的缺點(diǎn)，無(wú)論是多孔性還是磨損，因?yàn)樗鼈兾挥诳赡馨l(fā)生腐蝕的裸露基材金屬上，是令人擔(dān)憂（of concern）的。如所提到的，鎳底層對(duì)減少這些腐蝕非常重要，下面將要討論到。

　　貴金屬鍍層中鎳底層的功能․ 貴金屬接觸鍍層系統(tǒng)中鎳具有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)：

　�。疁p少孔隙及缺陷位置的腐蝕（pore and defect sites）

　　．阻止腐蝕的移動(dòng)

　�。疁p少基材金屬成份的蔓延

　�。�增加延展性

　　我們將分別討論每個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

　　多孔性．圖3.8基本表明了鎳在減少孔及缺陷位置發(fā)生腐蝕的可能性與效果。該圖也包括圖3.6圖示的沒有鎳底層的孔隙腐蝕說明。兩者間最重要的區(qū)別在于在孔位置處的裸露的鎳將形成可有效密封腐蝕孔隙的氧化膜。鎳氧化膜的厚度是有限制的，典型為的100納米，沒有填滿孔隙，更重要的是沒有移動(dòng)。類似的效果在缺陷位置包括磨痕也會(huì)產(chǎn)生。這種孔密封機(jī)理的效果在高濃度氯的環(huán)境中因?yàn)榻档土寺葘?duì)鎳氧化物的影響就已經(jīng)提出。但是，氯濃縮的必要性并沒有很好明確。在這些環(huán)境中廣泛的測(cè)試表明鎳底層對(duì)很大范圍的電連接器產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)。

　　圖3.9顯示了孔隙腐蝕對(duì)置于模擬工業(yè)暴露環(huán)境的流動(dòng)的混合氣體（flowing mixed gas FMG）測(cè)試環(huán)境中金鍍層片（coupon）的影響。測(cè)試環(huán)境由十億分之幾數(shù)量級(jí)（parts-per-billion）的氯，氫硫和氮的氧化物組成為主要污染物，加上溫度為25度的潮濕（濕度為75%）空氣。在孔隙周圍出現(xiàn)環(huán)狀腐蝕，結(jié)果腐蝕物出現(xiàn)圖3.6所示的腐蝕移動(dòng)。這些腐蝕物的存在，當(dāng)它們蔓延到接觸表面時(shí)，對(duì)接觸阻抗有很大的影響。

　　來(lái)自于Geckle的圖3.10，提供了一些有關(guān)腐蝕物移動(dòng)過程特性的實(shí)例。這些數(shù)據(jù)來(lái)自暴露在上段所述FMG環(huán)境中的金/鈀/鎳/銅合金鍍層片，各層厚度分別為0.1、1.5、2.5微米。位于圖中間的縮微照片顯示了孔隙以及孔隙周圍的環(huán)狀腐蝕物。圖上面一系列X—光線圖顯示了孔隙通過所有層的延伸。因?yàn)榻�、鈀和鎳層中信號(hào)的缺少及沒有缺少的強(qiáng)烈的銅信號(hào)，孔隙的存在是顯而易見的。裸露的銅是腐蝕物產(chǎn)生的根源。顯示了主要腐蝕種類（major corrosion species）位置的更低的X—光線圖，暗示了氧氣主要停留在孔隙位置，氯可以輕微地移動(dòng)，但硫腐蝕物明確局限于環(huán)狀腐蝕物范圍內(nèi)。移動(dòng)種類（species）明顯包括銅/硫腐蝕物。

　　腐蝕移動(dòng)．圖3.11表明了一種評(píng)估腐蝕移動(dòng)的實(shí)驗(yàn)方法。在這種情形下的五種不同系統(tǒng)，自鍍有有益接觸鍍層系統(tǒng)的銅合金片（coupon）沖制（stamped）一圓盤形狀。沖制過程產(chǎn)生暴露的基材金屬邊緣，其在FMG暴露環(huán)境為可腐蝕位置，暴露后的腐蝕移動(dòng)大致與上述描述相同。圖中插入的數(shù)據(jù)提供了暴露在FMG環(huán)境一定時(shí)間后腐蝕移動(dòng)距離的實(shí)驗(yàn)性數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)揭示了兩種所關(guān)心的效果。

　　第一，注意到金表面腐蝕物的移動(dòng)距離比鈀大，依次，鈀表面腐蝕物的移動(dòng)距離比鎳大。

　　第二，鎳底層將金和鈀鍍層腐蝕物的移動(dòng)距離減少了一半。

　　這兩種效果可以根據(jù)腐蝕物移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)，以一種簡(jiǎn)單但又關(guān)聯(lián)的方式加以簡(jiǎn)明�；�本的假設(shè)是腐蝕物在光潔表面擴(kuò)散得很快，這種現(xiàn)象可能是因?yàn)楸砻鎻埩Φ挠绊�，類似于濕�?rùn)現(xiàn)象。腐蝕物在表面自由擴(kuò)散以至于超出表面膜。光潔金表面不會(huì)產(chǎn)生氧化膜。鈀是一種催化劑（catalytic）材料，易于在其表面形成一層有機(jī)薄膜，且在測(cè)試環(huán)境里是反應(yīng)性的（reactive），這一點(diǎn)將在后面章節(jié)討論。在測(cè)試的暴露環(huán)境里（in the test exposure），鈀表面很容易形成氧化膜。鎳，正如所提到的，也會(huì)形成一層表面氧化膜。在已知假設(shè)下，腐蝕物的移動(dòng)符合數(shù)據(jù)所顯示的模式，腐蝕物在金表面擴(kuò)散得最迅速，鈀次之，鎳最慢，這就解釋了上述所觀察到的在三種鍍層金屬上腐蝕物具有不同的擴(kuò)散速度的原因。

　　第二次觀察，鎳底層上腐蝕物的移動(dòng)距離僅為金底層的一半，是因?yàn)殒囎璧K了腐蝕物的擴(kuò)散。在這種情況下，鎳底層就象銅合金與貴金屬鍍層之間的柵欄。雖然鎳能夠阻礙腐蝕物的擴(kuò)散，但由于鎳層僅有幾微米厚，腐蝕物很容易穿透鎳層在金或鈀鍍層表面更快地?cái)U(kuò)散，在圖3.11所示特定的測(cè)試條件下，可以想象鎳底層的阻礙效果大約只有測(cè)試暴露環(huán)境的一半，這是簡(jiǎn)單的但基本正確的對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的解釋。

　　圖3.12顯示了在與圖3.11采用的數(shù)據(jù)類似的測(cè)試暴露環(huán)境里腐蝕物在鍍有金∕鎳∕磷青銅鍍層金屬的沖制圓盤上的擴(kuò)散。外邊緣的膜非常厚，且其擴(kuò)散距離減少。表面上的亮點(diǎn)為探測(cè)點(diǎn)，其上接觸阻抗的測(cè)量以金作為探針，在邊緣位置，其阻抗值大于2奧姆，試驗(yàn)預(yù)設(shè)的極限值成立。如圖3.13顯示的只有在接近底層中心時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)毫歐級(jí)的阻抗值。

　　鎳作為阻礙腐蝕物擴(kuò)散對(duì)接觸界面的正面（barrier normal to）效果明顯受限于底層的厚度。但是，其側(cè)  面的阻礙（lateral barrier）是非常有效的。圖3．14提供了一個(gè)實(shí)例，所示端子完全鍍鎳且在其接觸面上局部（selective）鍍金。接觸下部（the lower contact）也得到附加的薄金（gold flash）鍍層（通常為0.1微米）。將端子置于同樣的工業(yè)環(huán)境中。薄金鍍層表面更有利于腐蝕物的擴(kuò)散。當(dāng)考慮到收容端子于基座（housing）的保留飛邊結(jié)構(gòu)（the retention lance ）的腐蝕區(qū)域是沖壓產(chǎn)生的形狀，這就是顯而易見的（this is obvious when considering the corrosion around the area where the retention lance that holds the contact in the housing is stamped）。沖壓成形區(qū)域的鍍層金屬覆蓋范圍（plating coverage in the stamped area）不完全是因?yàn)闆_壓過程中剪斷處（shear-break）的粗糙度和這些凹陷處（recesses）不能被有效電鍍。這些區(qū)域鍍層金屬的欠缺導(dǎo)致基材金屬（銅合金）裸露，從而成為腐蝕源。腐蝕物在薄金接觸面很快地移動(dòng)而它們?cè)谌�部鎳鍍層表面的移�?dòng)是受限制的。該圖表明當(dāng)鎳在腐蝕物移動(dòng)方向上有足夠的延伸時(shí)，它能夠有效地防止腐蝕物擴(kuò)散。

　　擴(kuò)散．鎳底層阻礙擴(kuò)散的有效性可通過圖3.15中的數(shù)據(jù)加以說明，該圖顯示了銅通過金，鈀，銀和鎳鍍層的相對(duì)擴(kuò)散。同金或鈀相比，通過一定量或更多的減少可以看出鎳是一種有效的防銅擴(kuò)散金屬。相似的情況發(fā)生其它典型基材金屬成份如鋅和鋇上。通過這種方式，鎳有效的防止基材金屬成份擴(kuò)散到接觸表面，在該表面基材金屬成份可與其運(yùn)用環(huán)境中的各種腐蝕起反應(yīng)。

　　耐久性．鎳也能改善貴金屬接觸鍍層的耐久性。對(duì)金鍍層的影響將被表明，但相似的影響也發(fā)生在別的貴金屬鍍層上。根據(jù)Antler改編的圖3.16，表明了直接鍍有2.0um厚鈷—金合金接觸鍍層的銅和鈹銅底層的耐久性典線。應(yīng)該注意到檢測(cè)樣品包括平面取樣片（flat coupons）和半球形附件（rider）。這些數(shù)據(jù)僅與幾何形狀有關(guān)而并不代表電連接器接觸界面的典型數(shù)值。但這些數(shù)據(jù)的趨勢(shì)與連接器的耐久性有關(guān)。

　　耐久性可用一磨損（wear）指標(biāo)，即一種作為通過次數(shù)函數(shù)的基材金屬暴露總數(shù)的度量（耐久周期(durability cycles)）來(lái)評(píng)估。耐久性指標(biāo)為50意味著出現(xiàn)的(showed)磨痕(track)有50%裸露了基材金屬。注意到銅基材的金鍍層耐久性明顯低于鈹銅基材的金鍍層。這種結(jié)果是由于鈹銅比銅更硬。更硬的底層金屬能夠提供支持層來(lái)增加鍍層的有效硬度，并由此而降低了在既定壓力下的接觸面積。因?yàn)槟�損與接觸點(diǎn)的破裂有關(guān)，正如第二章所討論過的，接觸面積的減少會(huì)導(dǎo)致磨損降低。

鍍鎳底層可提供一個(gè)比鈹銅更硬的支持層，所以可以預(yù)測(cè)其耐久性有進(jìn)一步提高。圖3.17證實(shí)了這種預(yù)測(cè)，顯示了磨損指針對(duì)鍍有鈷金合金的銅的配合周期次數(shù)隨不同厚度的鍍鎳底層的變化。隨鎳底層厚度的增加，耐久性立即提高。

．總結(jié)．

　　 在這里，鎳作為底層的優(yōu)點(diǎn)概述如下：

　　‧鎳通過其非活性氧化物表面，封閉基本孔隙位置，從而減少孔隙腐蝕的可能性。

　　‧鎳在貴金屬接觸鍍層下面提供了一層堅(jiān)硬的支持層可提高耐久性。

　　‧鎳可有效地阻礙基材金屬成份遷移到接觸表面，當(dāng)基材金屬遷移到接觸表面時(shí)，會(huì)與操作環(huán)境發(fā)生反應(yīng)。

　　‧鎳也可有效地阻止基材金屬腐蝕物的移動(dòng)。

　　前三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在金鍍層變薄的同時(shí)保持相等的或是改良的性能。多孔性的影響已經(jīng)減輕，貴金屬不再用作阻礙腐蝕物移動(dòng)，并且耐久性有了提高�！　∽詈笠粋�(gè)優(yōu)點(diǎn)是減少形成于其它地方、移動(dòng)到接觸界面并導(dǎo)致接觸阻抗增加的腐蝕物的可能性。

　　這種特性(nature)的考慮突出了連接器鍍層被作為系統(tǒng)來(lái)考慮的事實(shí)。鍍層不同成分間的相互作用能強(qiáng)烈影響鍍層性能。本討論為下一節(jié)存在數(shù)據(jù)的解釋提供了一個(gè)背景。

　　貴金屬接觸鍍層系統(tǒng)的環(huán)境性能　本節(jié)將描述在模擬工業(yè)暴露環(huán)境的FMG測(cè)試環(huán)境里貴金屬接觸鍍層系統(tǒng)的腐蝕現(xiàn)象。被評(píng)估的鍍層系統(tǒng)包括：

　　‧0.75金(鈷)/1.25鎳/銅

　　‧1.8鈀/1.25鎳/磷青銅(PB)

　　‧1.8鈀(80)-鎳(20)/1.25鎳/PB

‧ 0.1金/1.8鈀/1.25鎳/PB

　　上述厚度單位都是um。底層金屬的不同只能影響最初的接觸阻抗的大小而不可能影響在暴露環(huán)境下接觸阻抗的變化。

　　圖3.18顯示了在可接受條件(as-received)下如預(yù)先暴露于FMG環(huán)境，前三個(gè)系統(tǒng)(first three systems)接觸阻抗對(duì)接觸壓力的數(shù)據(jù)曲線。使用軟金探測(cè)參考，該圖表明了九個(gè)探測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分布。探測(cè)模式可以是隨機(jī)性的或是有選擇性的。在隨機(jī)探測(cè)中，系統(tǒng)掃描表面，自動(dòng)在九個(gè)隨機(jī)點(diǎn)上探測(cè)。在選擇性探測(cè)中，探測(cè)員(probe operator)降低探針，以便避開孔隙腐蝕位置并盡可能減少任何孔隙腐蝕或者腐蝕移動(dòng)對(duì)接觸阻抗的影響。在選擇性探測(cè)模式中，可以評(píng)價(jià)鍍層本身原有的腐蝕反應(yīng)性。圖3.18中的數(shù)據(jù)是隨機(jī)探測(cè)獲得的。注意到在100克力的接觸正壓力下，三個(gè)系統(tǒng)所產(chǎn)生的接觸阻抗都在1mΩ的范圍里。

　　圖3.19表明了在同一模式下，暴露于FMG環(huán)境里48小時(shí)后得到的數(shù)據(jù)�？紫陡�蝕和腐蝕移動(dòng)的影響明顯表現(xiàn)在金與鈀的數(shù)據(jù)上。得到的數(shù)據(jù)與在可接受條件(as—received)下得到的數(shù)據(jù)相比，有些數(shù)據(jù)沒有顯出變化，但是許多探測(cè)點(diǎn)已經(jīng)明顯受到腐蝕物的影響。在不插拔(non-wiping) 載荷的探測(cè)系統(tǒng)里，需要高壓力來(lái)破裂腐蝕物。然而，鈀－鎳合金的數(shù)據(jù)則不同，取代兩種模式下的阻抗數(shù)據(jù)，其同時(shí)有一個(gè)向上的移動(dòng)和阻抗分布范圍的變寬。這是表面膜的典型現(xiàn)象。

這種解釋被暴露100小時(shí)后得到的數(shù)據(jù)所證實(shí)，如圖3.20所示。金鍍層數(shù)據(jù)仍顯示了兩種退化(degradation)模式。在這種情況下，鈀的數(shù)據(jù)則顯示了一種高水平的孔隙腐蝕。鈀－鎳數(shù)據(jù)繼續(xù)有一向上的移動(dòng)和數(shù)據(jù)分布范圍的變寬。

　　圖3.21繪制了作為接觸壓力函數(shù)的鈀-鎳合金九個(gè)調(diào)查點(diǎn)接觸平均阻抗的曲線。圖表清楚的表明平均接觸阻抗隨暴露點(diǎn)的升高。鈀(80%)-鎳(20%)合金性能不象是貴金屬，卻象是基材金屬，這也就不奇怪在合金中加入20%的作為基材金屬鎳金屬。圖3.4顯示合金暴露在空氣中有相似效果。

　　圖3.22包含的數(shù)據(jù)是測(cè)量了金和鈀接觸鍍層經(jīng)過相同的FMG環(huán)境后得到的。注意到到金的數(shù)據(jù)幾乎不隨時(shí)間變化。而另一方面，鈀的數(shù)據(jù)顯示了增大的變化和擴(kuò)大的分布，盡管其比鈀-鎳合金的變化范圍要小很多。鈀則顯示了對(duì)測(cè)試環(huán)境的反應(yīng)。

　　這些數(shù)據(jù)表明了為什么在大多數(shù)情況下鈀和鈀-鎳合金鍍層要與一個(gè)薄的金鍍層-約幾十個(gè)微米的金，配合使用。從圖3.23中可清楚看到，鈀外面的金薄層對(duì)FMG環(huán)境下腐蝕的作用是很有效的。接觸阻抗的大小和分布表明暴露在MFG測(cè)試條件下48或100小時(shí)幾乎沒有變化。當(dāng)金覆蓋在鈀-鎳合金上時(shí)也會(huì)出現(xiàn)類似的情況。

　　但是，應(yīng)該注意到金薄層厚度可能不會(huì)完全覆蓋鈀的表面，所以薄膜效應(yīng)就可能產(chǎn)生。這種可能性對(duì)鍍有薄金層的鈀-鎳合金更有意義，因?yàn)槠涓�有活性。此外金的缺失例如�?jīng)過磨損腐蝕，將會(huì)導(dǎo)致其下層的鈀的暴露。換句話說，覆蓋有金薄層的鈀和鈀-鎳合金容易受到機(jī)械磨損腐蝕退化的影響。對(duì)鈀而言，摩擦聚合物的形成是其退化的主要機(jī)理。對(duì)鈀-鎳合金而言，經(jīng)過氧化過程的腐蝕將會(huì)出現(xiàn)。

　　總而言之，環(huán)境測(cè)試結(jié)果表明，這三種鍍層對(duì)環(huán)境固有穩(wěn)定性按其減少的順序?yàn)椋航�，鈀和鈀(80%)-鎳(20%)合金�；�本鈀鍍層外的金薄層可有效的減少這種變動(dòng)。此外在連接器應(yīng)用中這種固有穩(wěn)定性的差別會(huì)通過三種作用得到控制。

　　第一，遮蔽此類環(huán)境下接觸界面的連接器塑料本體的作用，有效的增加了相互配合的連接器對(duì)環(huán)境的穩(wěn)定性。環(huán)境遮蔽的效果取決于塑料本體的設(shè)計(jì)。封閉式塑料本體將明顯比開放式更有效，盡管卡緣塑料本體可提供如第一章所述的保護(hù)。

　　第二，如數(shù)據(jù)所示，與在連接器鍍層中一樣，電鍍過程中的多孔性對(duì)其受腐蝕可能性有很大影響。鈀和鈀-鎳合金鍍層的電鍍經(jīng)驗(yàn)表明鈀和鈀-鎳鍍層的多孔性通常會(huì)比金鍍層的低。這種作用減少了其固有穩(wěn)定性的變化差異。

　　第三，受到腐蝕的可能性取決于其應(yīng)用的環(huán)境。在典型的辦公室環(huán)境下，僅有較少的硫和氯，實(shí)驗(yàn)表明腐蝕蔓延極小且孔隙腐蝕也同樣減少。

這些考慮的因素減少了固有受腐蝕性差別的意義。在更多的腐蝕環(huán)境下，尤其是含有高濃度的硫和氯的時(shí)候，選擇接觸鍍層時(shí)就應(yīng)當(dāng)考慮金所天然具有的貴金屬性優(yōu)點(diǎn)。

　　貴金屬鍍層系統(tǒng)中的耐久性考慮‧選擇接觸鍍層另一個(gè)要考慮的因素是鍍層的耐久性。在此情況下，經(jīng)驗(yàn)表明其性能的順序與在環(huán)境中相反，至少存在金薄層時(shí)是這樣的。鍍金的鈀-鎳合金比鍍金的鈀的耐久性高，而接下來(lái)鍍金的鈀比金要高。這種趨勢(shì)被認(rèn)為與鍍層硬度有關(guān)。硬金的Knoop硬度為200，而鈀和鈀-鎳合金的Knoop硬度為400或500。

　　以上關(guān)于金鍍層的合格性解釋非常重要，經(jīng)驗(yàn)也表明由于鈀和鈀-鎳合金鍍層比金硬度更高而延展性更低，所以容易產(chǎn)生災(zāi)難性的易碎的破片結(jié)構(gòu)。

3.3.2普通金屬接觸鍍層的設(shè)計(jì)考慮因素

　　錫(包括錫鉛合金)，銀及鎳被是用在連接器上的重要普通鍍層材料。三者中，錫代表了大量應(yīng)用的普通金屬鍍層，因此本節(jié)主集中對(duì)錫鍍層進(jìn)行討論。

　　普通金屬鍍層與貴金屬鍍層的區(qū)別在于：普通金屬接觸鍍層的設(shè)計(jì)考慮包括配合時(shí)普通金屬接觸鍍層表面固有氧化膜的破裂/移動(dòng)以及防止氧化膜的再生成。本節(jié)先討論錫接觸鍍層表面膜的破裂，接下來(lái)討論錫鍍層的退化機(jī)理，磨損腐蝕。

　　錫鍍層接觸界面的形成，回顧前面所述，錫用作接觸鍍層源自于：其固有的氧化膜在連接器的配合中通過接觸表面的機(jī)械變形能夠破裂和移動(dòng)。因此原有的錫氧化物在連接器插接過程中將因機(jī)械毀損而被擠破和取代。重新利用圖2.16作為圖3.24來(lái)引證表面氧化物破裂的機(jī)理。又薄又硬又脆的錫氧化物在負(fù)載下容易破裂。載荷傳到錫鍍層，由于其硬度小、延展性好而易于流動(dòng)。氧化物裂縫變寬，里層的錫從裂縫中擠出來(lái)形成所需要的金屬接觸界面。然而不幸的是，錫表面的再氧化導(dǎo)致了錫鍍層的主要退化機(jī)理：磨損腐蝕。

　　磨損腐蝕‧圖3.25說明了磨損腐蝕機(jī)理。圖3.25a描述了包括裂縫、破碎的氧化物和從裂縫間擠出的錫接觸區(qū)  域的原始接觸界面。圖3.25b顯示了接觸區(qū)域移到新的位置例如在機(jī)械干擾作用下。新的接觸界面是通過相同的破碎機(jī)理形成的。然而，先前接觸區(qū)域暴露的錫被再氧化。如果這些動(dòng)作重復(fù)進(jìn)行，也就是說，如果鍍層系統(tǒng)慢慢被磨損(圖3.25c)，暴露的錫(摩擦腐蝕的腐蝕部分)連續(xù)不斷的再氧化導(dǎo)致在接觸界面形成一層氧化碎片（debris）(圖3.25d)。這些碎片將導(dǎo)致接觸阻抗的增加甚至露出電路。引起接觸阻抗不可接受的增加必要的磨損循環(huán)次數(shù)取決于許多因素，包括運(yùn)動(dòng)方式和磨損距離（length）。對(duì)轉(zhuǎn)化運(yùn)動(dòng)而言（translational movement），磨損運(yùn)動(dòng)只要移動(dòng)幾個(gè)到幾十個(gè)微米單位的距離就足夠產(chǎn)生磨損腐蝕。腐蝕磨損率依賴于磨損距離。磨損退化率依賴于磨損運(yùn)動(dòng)距離（length），因?yàn)檠趸�碎片必須�?jīng)過磨損距離上的累積。大位移運(yùn)動(dòng)有效地將錫氧化物推到運(yùn)動(dòng)軔跡的盡頭。同樣原因，擺動(dòng)（rocking）或轉(zhuǎn)動(dòng)能加快磨損，因?yàn)樗槠�相�?duì)比較集中。

　　對(duì)錫而言，產(chǎn)生不可接受的接觸阻抗之前的磨損循環(huán)次數(shù)已經(jīng)可以從幾百到幾萬(wàn)。鎳在磨損次數(shù)和接觸阻抗增加方面與錫很相似。Bare和Graham報(bào)告了沒有鍍金的鈀和鈀鎳合金鍍層經(jīng)過幾萬(wàn)次循環(huán)之后的磨損情況。他們還報(bào)告了鍍金的鈀和鈀鎳合金鍍層經(jīng)過幾十萬(wàn)次循環(huán)之后的穩(wěn)定性能。

如果存在不同的熱膨脹，這是連接器經(jīng)常發(fā)生的情況，磨損運(yùn)動(dòng)可通過機(jī)械干擾或熱循環(huán)產(chǎn)生�？紤]一下裝置于印制電路板(PWB)的連接器。印制電路板，接觸彈片與連接器絕緣本體有不同的熱膨脹系數(shù)。由于熱膨脹不同（mismatch）產(chǎn)生的接觸界面壓力取決于其不同的大小，溫度變化，及連接器的長(zhǎng)度（length）。熱膨脹不同是連接器磨損運(yùn)動(dòng)最主要的來(lái)源。

圖3.26顯示了磨損腐蝕(因轉(zhuǎn)動(dòng)而引起)發(fā)生后的錫接觸表面。圖標(biāo)黑點(diǎn)表示錫表面典型磨損腐蝕區(qū)域。圖3.27顯示了磨損點(diǎn)的交錯(cuò)區(qū)。圖中可以清楚看到壓損的錫和錫氧化物碎片。

　　圖3.28顯示了磨損腐蝕與增加接觸阻抗之間的聯(lián)系。圖3.28的曲線通過縮微照片所顯示的腐蝕點(diǎn)的接觸阻抗的變化。一張氧氣穿過腐蝕點(diǎn)的放大電子顯微線迭加到縮微照片上，氧，表現(xiàn)為氧化物與接觸電阻的關(guān)系非常清楚。

　　假如磨損腐蝕是錫接觸鍍層主要的退化機(jī)理，那么如何才能有效地防止或減緩這種退化呢？下面將討論這個(gè)問題。

　　磨損腐蝕的防止‧預(yù)防磨損腐蝕主要有兩種方法。第一種，也是最常用的方法是利用高正壓力。這些正壓力提供接觸界面較大的摩擦力以防止磨損運(yùn)動(dòng)。然而，增加正壓力有一個(gè)極限。當(dāng)正壓力增加時(shí)，連接器插拔力和耐久性都將受到相反的影響。錫因?yàn)楸容^軟，有一極限耐久性且由于高摩擦系數(shù)—通常為0.7而表現(xiàn)出高插拔力，相對(duì)而言金的摩擦系數(shù)僅為0.3。

　　第二種，利用預(yù)防磨損腐蝕接觸潤(rùn)滑。圖3.29說明了使用預(yù)防磨損接觸潤(rùn)滑的功效。顯示的數(shù)據(jù)來(lái)自一個(gè)因熱膨脹不同而導(dǎo)致的磨損運(yùn)動(dòng)的試驗(yàn)容器。熱循環(huán)溫度介于55到60度之間。升溫是用來(lái)加速氧化和潤(rùn)滑的退化。在這些條件下，產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)位移大約為80微米，這是好的磨損距離。

　　“干錫”—干凈的錫表面—的測(cè)試數(shù)據(jù)顯示測(cè)試系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)生磨損腐蝕有影響。它同時(shí)也表明磨損腐蝕可能是非�？斓耐嘶瘷C(jī)理。在循環(huán)磨損數(shù)千次后，接觸阻抗按二次方的增長(zhǎng)速度增加。此外礦物石油潤(rùn)滑劑的測(cè)試數(shù)據(jù)也被列舉出來(lái)。 礦物石油潤(rùn)滑劑最初很有效，但是最終仍產(chǎn)生磨損腐蝕。該缺點(diǎn)與環(huán)境中的保護(hù)無(wú)關(guān)而與礦物石油本身有關(guān)。礦物石油的結(jié)構(gòu)在溫度升高時(shí)從接觸界面流走并且揮發(fā)/退化。密封作用消失，摩擦磨損開始。涂有防磨損潤(rùn)滑的接觸的數(shù)據(jù)顯示在摩擦循環(huán)數(shù)千次后表現(xiàn)了很好的抗磨損性能。經(jīng)過數(shù)百次的循環(huán)摩擦之后接觸阻抗的下降是因?yàn)榻佑|界面被磨光而增加了接觸面積。

　　應(yīng)該注意到除了摩擦腐蝕外，因?yàn)殄a表面固有的氧化物的保護(hù)特性，錫接觸鍍層還提供了良好的環(huán)境穩(wěn)定性。錫鍍層在引起貴金屬鍍層腐蝕的FMG環(huán)境中表現(xiàn)出很好的性能。當(dāng)磨損腐蝕可以防止(通過高的正壓力來(lái)防止磨損，或者通過有效的接觸潤(rùn)滑來(lái)防止氧化腐蝕)時(shí)，錫鍍層在變化的工作環(huán)境和很寬的電流和電壓范圍內(nèi)能提供穩(wěn)定的接觸阻抗。

　　錫鉛合金，連接器中主要利用下面兩種錫鉛合金：含錫鉛（93/7）合金和錫鉛（60/40）合金（或者63/37，共熔焊劑成份）。 錫鉛（93/7）合金可用作可分離性連接和永久性連接，但錫鉛（60/40）合金用作可軟焊（solderable）連接。考慮成本和性能兩方面的因素而使用低鉛合金。在錫中加入鉛可防止錫須(tin  whiskers)的形成， 錫須是電鍍過程中固有壓力作用下形成的細(xì)小而單一的水晶狀生成物。錫須直接或通過切斷和短路其它部件而導(dǎo)致連接器的短路(shorting)問題。用于可分離接觸界面的錫鍍層厚度介于2.5到4微米之間，取決于其應(yīng)用的方式。

　　60/40合金或63/37合金的應(yīng)用厚度介于1到6微米之間，取決于焊接過程。因?yàn)檫@些合金的硬度低，易蔓延性且增加了復(fù)雜的鉛腐蝕物，所以它們一般不用于可分離接觸界面。

3.3.3 接觸鍍層的其它設(shè)計(jì)考慮 

　　接觸鍍層其它設(shè)計(jì)考慮有兩種，兩種考慮在一定程度上已經(jīng)討論過，尤其是對(duì)優(yōu)點(diǎn)的詳細(xì)討論。即底層與接觸潤(rùn)滑的應(yīng)用。

　　底層‧兩種主要使用的電連接器底層材料是銅和鎳。如所討論過的，鎳的主要作用是作為貴金屬接觸鍍層的底層以保持表面鍍層的貴金屬特性。銅，作為貴金屬鍍層的底層不能提供相同的功能。如所討論的，銅是一種腐蝕源，銅蔓延能導(dǎo)致接觸表面的退化。銅在提高接觸鍍層耐久性方面也不如鎳有效。盡管存在這些限制，在不可接受鎳底層磁性的應(yīng)用中銅仍然用作底層。

　　鎳底層的第二個(gè)重要作用與永久性連接有關(guān)，保證可焊性－－特別是為可軟焊產(chǎn)品提供一種活性（a shelf life）。保持可焊性將詳細(xì)討論。

　　成功的焊接需要錫焊劑（tin of the solder）與基材金屬襯底（base metal substrate）成份間產(chǎn)生金屬間化合物。因?yàn)殂~和鎳與錫形成金屬間化合物適合于焊接，因而作為底層以保持可焊性。保持可焊性的全部鍍層系統(tǒng)包括底層和錫，金或鈀表面涂層（coating）。不同系統(tǒng)分別有不同的保持可焊性機(jī)理。

　　涂錫或焊劑的表面是可熔的（fusible）。錫涂層在焊接過程中熔化并滲入到襯底表面產(chǎn)生的金屬間化合物中。比較而言，金涂層表面是可溶解的（soluble），這意味著金完全溶解在焊劑里，金屬間化合物在裸露的底層形成。金涂層實(shí)質(zhì)是保護(hù)了底層的可焊性。鈀在熔劑里溶解則慢得多，焊劑的結(jié)合通常是與鈀形成。

　　焊劑（solder coatings）在保持其可焊性方面更加有效，就象其花費(fèi)更少一樣。因?yàn)樗鼈兪呛竸┒鴽]有引入新的退化機(jī)理。而另一方面，金則引入了新的退化機(jī)理，兩種情況都是因?yàn)殄a-金金屬間化合物的形成。金-錫化合物易碎而降低了焊接的機(jī)械強(qiáng)度。熔化的金-錫化合物在焊液里的累積將最終降低焊接過程的有效性。因?yàn)檫@些原因，焊劑涂層是確�？珊感缘母�好方式。

焊接過程產(chǎn)生金屬間化合物是必要的，但金屬間化合物本身不是必須可焊的，且過量的金屬間化合物會(huì)產(chǎn)生可焊性問題。室溫下金屬間化合物的增多可能導(dǎo)致可焊性降低并有可能提高接觸電阻。銅-錫間化合物比錫-鎳間化合物增加得更快。

　　許多銅合金是可焊的，且底層可以增強(qiáng)可焊性，尤其是鍍?cè)邳S銅基材金屬表面。黃銅表面需要底層以防止鋅的蔓延，但這也可能降低了可焊性。

接觸潤(rùn)滑‧接觸潤(rùn)滑常完成兩種不同的功能：

　　．減小摩擦系數(shù)

　�。�提供環(huán)境保護(hù)

　　減小摩擦系數(shù)有兩個(gè)益處。第一，它減小了連接器的配合力（mating forces）。第二，它通過減少磨損而提高了連接器的耐久性。

　　接觸潤(rùn)滑通過形成“密封”阻止或減緩?fù)饨绛h(huán)境進(jìn)入接觸表面而能夠提供環(huán)境保護(hù)。對(duì)錫接觸鍍層而言，接觸鍍層的首要功能是在防止磨損腐蝕方面提供環(huán)境保護(hù)。預(yù)防磨損潤(rùn)滑可以減小摩擦系數(shù)，但并非其主要目的。事實(shí)上，如果潤(rùn)滑不能有效防止氧化，摩擦系數(shù)的減小可能增強(qiáng)磨損腐蝕。摩擦系數(shù)的減小因?yàn)闇p小了機(jī)械穩(wěn)定性而使接觸界面更容易受到磨損。在沒有潤(rùn)滑存在的接觸移動(dòng)中不會(huì)產(chǎn)生的干擾可能產(chǎn)生潤(rùn)滑性接觸的移動(dòng)。

　　對(duì)貴金屬鍍層而言，接觸潤(rùn)滑是為了減小摩擦系數(shù)和提高連接器的耐久力，但是，伴隨提供環(huán)境保護(hù)重要性的提高，提供環(huán)境保護(hù)成為有益的附加功能。

　　幾個(gè)與接觸潤(rùn)滑相關(guān)的考慮值得注意。對(duì)有效潤(rùn)滑而言，其在接觸界面數(shù)量必須足夠。測(cè)量和監(jiān)測(cè)（monitoring）潤(rùn)滑的存在是很困難的工作。

　　連接器可能伴隨有適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑出售，但是組件過程（特別是，焊接或柱焊的清洗（post soldering））可能移走潤(rùn)滑劑。因而，需要第二次補(bǔ)充潤(rùn)滑劑。

　　潤(rùn)滑劑可能收留粉塵，如果在粉塵或污染環(huán)境中應(yīng)用，可能會(huì)出現(xiàn)接觸阻抗和耐久性問題。最后，潤(rùn)滑的適用溫度可能限制它的應(yīng)用。

潤(rùn)滑潛在的益處—減小配合力，提高耐久性，和在環(huán)境中的保護(hù)—是非常需要的，但是在評(píng)價(jià)接觸潤(rùn)滑對(duì)給定應(yīng)用的連接器的總的效果應(yīng)考慮所提到的限制。

3.4接觸鍍層選擇

　　選擇適當(dāng)?shù)慕佑|鍍層決定于其應(yīng)用所考慮因素的數(shù)量。包括：

　�。�配合需要

　�。畱�(yīng)用環(huán)境

　　．線路需要

　　貴金屬鍍層與普通金屬接觸鍍層的區(qū)別在于其所考慮的每一性能。為了簡(jiǎn)單，以金作為貴金屬的代表，而普通金屬的代表則為錫。

　　為了為接下來(lái)的討論提供一個(gè)背景，一些通常的注解是有用的。因?yàn)橘F金屬鍍層比錫鍍層更低的正壓力要求，更高的天然耐久性，及更低的摩擦系數(shù)，在配合需要方面它們的應(yīng)用更加廣泛。因錫的硬度低，錫接觸鍍層需要高正壓力來(lái)盡量減少潛在的磨損腐蝕且其耐久性較差和摩擦系數(shù)較高。最終的效果是錫鍍層的耐久性較差而配合力較高。

　　所有的接觸鍍層在毫伏到伏和毫安到安的一定范圍內(nèi)都能提供可靠的性能。金與錫的區(qū)別在于阻抗的穩(wěn)定性。磨損腐蝕也是主要的區(qū)別。產(chǎn)生于磨損腐蝕過程的阻抗變化能夠?qū)е略谛盘?hào)線路中產(chǎn)生噪音和在高電流應(yīng)用中熱散發(fā)的可能性。金接觸鍍層在很寬的適用條件范圍內(nèi)有助于保持接觸阻抗的穩(wěn)定。

　　應(yīng)用環(huán)境必須考慮機(jī)械、熱及化學(xué)環(huán)境。機(jī)械因素，如振動(dòng)，影響連接器所需的機(jī)械穩(wěn)定性。接觸界面的移動(dòng)將導(dǎo)致錫鍍層的磨損腐蝕和使金鍍層易存在外來(lái)的腐蝕物或污染物。熱環(huán)境通過不同的熱澎脹引起接觸界面的移動(dòng)而達(dá)到相同的結(jié)果.然而，高應(yīng)用溫度—大約105度—可能會(huì)因擠壓松馳而使正壓力降低。這種正壓力的降低，錫比金表現(xiàn)得更隱蔽。由于本章其它部分討論的外來(lái)腐蝕的各種各樣的來(lái)源，環(huán)境腐蝕對(duì)金鍍層有很大的影響盡管金具有很強(qiáng)的固有的抗腐蝕能力。錫除了磨損腐蝕外，由于原有的表面氧化物而表現(xiàn)出很好的抗腐蝕能力。

　　下面的討論將更詳細(xì)地考慮上述各個(gè)考慮因素同時(shí)指出金、鈀、鈀鎳合金及錫鍍層之間的一些區(qū)別。

3.4.1配合要求

　　兩種配合要求必須考慮：連接器必須承受的循環(huán)配合次數(shù)和連接器配合要求的壓力（配合力）。如第一章所提到的，連接器要求的循環(huán)配合次數(shù)取決于相互連接的層級(jí)。第2到4級(jí)連接典型的要求僅僅是幾十次的配合循環(huán)。第5和第6級(jí)連接，因?yàn)樗鼈兲峁┹斎?/SPAN>/輸出功能，可能需要更高的循環(huán)配合次數(shù)。另一方面，配合壓力顯示出相反的趨勢(shì)。第2和第3級(jí)通常要求考慮最大的配合壓力，因?yàn)檫@些層級(jí)的連接pin數(shù)傾向于比第4到第6級(jí)連接的pin數(shù)高得多。插座和兩件式板對(duì)板連接器其pin數(shù)各自可能從400到超過1000。而幾十到一百的pin數(shù)在第4到第6級(jí)連接中更為典型。

　　接觸鍍層及耐久性‧ 影響接觸鍍層耐久性的主要因素是鍍層的硬度及其摩擦系數(shù)。貴金屬鍍層具有比錫鍍層更高的硬度和更小的摩擦系數(shù)，因此貴金屬鍍層固有的耐久性也比錫鍍層高。

　　耐久性不僅依賴于接觸鍍層，還與下列因素有關(guān)：

　�。�接觸正壓力

　　．接觸幾何形狀

　�。�接觸長(zhǎng)度

　　．潤(rùn)滑

　�。�鍍層厚度

　　除了鍍層厚度以外，其它因素在第二章均已經(jīng)討論過并將在第六章繼續(xù)討論。本節(jié)重點(diǎn)是討論接觸正壓力，因?yàn)榻佑|鍍層的選擇決定了連接器所需要的接觸正壓力。其它因素對(duì)貴金屬及普通金屬鍍層來(lái)講具有相似的影響。另外，鍍層厚度對(duì)耐久性的影響也應(yīng)該注意。

　　如前所述，錫鍍層比金鍍層需要更高的正壓力來(lái)盡量減小磨損腐蝕的可能性。為了提供機(jī)械穩(wěn)定性，鍍錫連接器的正壓力通常在200克力以上，比較而言，金鍍層連接器只需50克力左右的正壓力即可保證其接觸穩(wěn)定性。當(dāng)耐久性的需求很重要時(shí)，耐久性隨著正壓力的增加反而降低的事實(shí)使金鍍層相對(duì)于錫鍍層的優(yōu)勢(shì)更加明顯。

　　貴金屬鍍層耐久能力的差別并不是很明顯，在3.3.1節(jié)，應(yīng)該注意到貴金屬鍍層的相關(guān)特性，按遞減順序，為鍍金的鈀鎳合金層，鍍金的鈀及金鍍層。按這樣的順序，可以想到貴金屬鍍層是鍍?cè)阪嚨讓由稀?/SPAN>

　　另外，鍍層的耐久性取決于鎳底層的厚度及其硬度，這些相互作用使得很難超過一般順序得到連接器耐久性的確切值。

 　　理所當(dāng)然地可以說接觸鍍層的耐久性取決于鍍層厚度，但這種耐久性與鍍層厚度的關(guān)系也取決于前面提到的鎳底層的材料性能，所以耐久性—厚度關(guān)系不可能是一直線。

　　有效的接觸潤(rùn)滑能通過兩種方式減少貴金屬鍍層的相對(duì)差別。潤(rùn)滑結(jié)果也能減少耐久性的差別。另外，能提供環(huán)境保護(hù)的潤(rùn)滑劑能減少固有腐蝕敏感度方面的差別。

　　影響耐久性的幾何參數(shù)上面已經(jīng)列出。連接器的設(shè)計(jì)在這些方面變化很大。接觸幾何形狀和接觸長(zhǎng)度的主要影響是各自的磨損區(qū)域和磨損軌跡長(zhǎng)度。所有這些對(duì)比的最終結(jié)果是連接器的耐久性根據(jù)試驗(yàn)的方法已被最可靠地評(píng)估出來(lái)。

　　接觸鍍層和配合力‧配合力取決于以下幾個(gè)因素：  

　�。�接觸正壓力

　　．接觸幾何參數(shù)

　�。�摩擦力

　�。疂�(rùn)滑

　　接觸鍍層是通過影響接觸所需正壓力的大小亦即通過影響由摩擦系數(shù)決定的摩擦力的大小來(lái)影響配合力的大小的。先前已經(jīng)指出，由于金鍍層比錫鍍層具有更低的正壓力要求和更低的摩擦系數(shù)，因此金鍍層比錫鍍層具有更低的配合力。通過使用接觸潤(rùn)滑可使摩擦系數(shù)的不同在一定程度上能得以改善。貴金屬鍍層的間區(qū)別很少用配合力而是用耐久性來(lái)表示。

注意到接觸配合力和更重要的參數(shù)─連接器配合力的不同是十分重要的。當(dāng)然，連接器配合力不僅依賴于每個(gè)接觸接觸時(shí)的配合力，也包括連接器絕緣本體以及連接器各部分的緊固力的影響（alignment of the connector halves）。連接器的配合將在第六章更為詳細(xì)的討論。

．總結(jié)．

當(dāng)應(yīng)用需求包括高耐久力和高pin連接，那么貴金屬鍍層是首選的。有薄金層的鈀（20％）鎳（80％）合金鍍層能提供最高的耐久力，接下來(lái)是有薄金層的鈀鍍層和金。錫鍍層，因?yàn)槠涔逃械牡陀捕群托枰�較高正壓力來(lái)減少摩擦腐蝕的可能性，故錫鍍層與貴金屬鍍層相比表現(xiàn)出有限的耐久性和較高的配合力。高配合力要求限制了具有錫鍍層的連接器的接觸pin數(shù)。

3.4.2 應(yīng)用環(huán)境

　　在應(yīng)用環(huán)境這個(gè)標(biāo)題上要考慮以下幾個(gè)因素。包括有機(jī)械環(huán)境，除了配合條件，還包括振動(dòng)和磨損；熱環(huán)境方面包括溫度和溫度波動(dòng)；化學(xué)方面包括濕度以及一些潛在的腐蝕如氯化和硫化腐蝕。應(yīng)用環(huán)境的每個(gè)方面都會(huì)對(duì)接觸鍍層的選擇產(chǎn)生影響。

　　機(jī)械方面‧雖然機(jī)械配合是作用在連接器上的最常見的機(jī)械壓力，但在連接器的整個(gè)有效期內(nèi)還會(huì)受到許多潛在的干擾。機(jī)械沖擊和振動(dòng)是必須要考慮的其它因素。連接器暴露在許多潛在的沖擊和振動(dòng)源中。然而，無(wú)論什么樣的原因，所關(guān)心的效果是因?yàn)楦蓴_而產(chǎn)生的對(duì)接觸界面的壓力是否足于導(dǎo)致連接器兩部分的相對(duì)移動(dòng)。如果產(chǎn)生這樣的運(yùn)動(dòng)，它們能常被限于一定的范圍而歸屬于磨損的一種。磨損有兩種令人擔(dān)憂的結(jié)果：磨損損耗和磨損退化（fretting wear and fretting degradation）。磨損損耗是指在第二章中所描述的磨損過程，產(chǎn)生的結(jié)果是接觸鍍層受損。磨損退化包括摩擦腐蝕（fretting corrosion），相關(guān)的錫、鎳、鈀鎳合金以及摩擦聚合物，相關(guān)的鈀。

　　注意到潛在的磨損損耗是很重要的，因?yàn)樗�能引起鍍層的穿透性磨損。連接器期望達(dá)到的預(yù)測(cè)配合循環(huán)次數(shù)不僅僅是連接器磨損方面的唯一因素，這種考慮使得薄鍍層重要性增加，例如鈀、鈀合金和鎳鍍層外面的薄金層。因磨損所引起的薄金層的損失會(huì)導(dǎo)致底層的鈀和鎳裸露出來(lái)。換句話說，鍍金的鈀和鈀鎳合金對(duì)磨損退化機(jī)理是很敏感的。而對(duì)鈀來(lái)說，摩擦聚合物的形成則是其主要的退化機(jī)構(gòu)。鈀鎳合金或鎳的磨損腐蝕是通過氧化作用發(fā)生的。鍍有薄金層的鈀和鈀鎳合金鍍層已被許多調(diào)查者評(píng)價(jià)。大多數(shù)而不是全部的研究，已經(jīng)報(bào)告過它的穩(wěn)定性能。鎳鍍層表面金薄層的使用是近期的事，所以這段時(shí)間幾乎沒有什麼証明經(jīng)驗(yàn)。但是，可以肯定的是這些鍍層金屬對(duì)摩擦腐蝕非常的敏感。還應(yīng)該注意到，暴露底層金屬的其它機(jī)理的存在。例如：不完全的鍍層，鍍層的損壞如刮擦。

　　總而言之，與機(jī)械環(huán)境相關(guān)的主要論題與磨損損耗及磨損退化有關(guān)。錫鍍層對(duì)磨損退化是最敏感的。然而，金鍍層的選擇應(yīng)該考慮到這些機(jī)械性的影響。

　　熱環(huán)境．熱環(huán)境存在兩個(gè)主要因素：應(yīng)用溫度和熱波動(dòng)。絕對(duì)溫度能導(dǎo)致大量潛在的退化機(jī)理。熱波動(dòng)的主要影響是因?yàn)闊崤蛎浀牟煌�而�?jīng)過的潛在性磨損。

　　重要的可能性敏感溫度的退化機(jī)理包括腐蝕，擴(kuò)散和金屬間化合秀的形成。腐蝕率一般隨著溫度的升高而加快，盡管溫度對(duì)水份的吸附效果能減緩這種作用。擴(kuò)散速度也隨溫度的升高而加快，結(jié)果能產(chǎn)生表面膜。如圖3.4所示。

　　金屬間化合物（IMC）的形成對(duì)錫鍍層是很重要的。金屬間化合秀的形成速度隨溫度升高而加快。如果金屬間化合物的形成消耗了錫而在接觸面上的該點(diǎn)形成大量的金屬間化合物，那麼接觸電阻可能受到影響。一般來(lái)說，保留在表面上的錫，能提供有效的接觸。圖3.30中的數(shù)據(jù)對(duì)此作了描述。圖3.30顯示了一個(gè)3微米厚的鍍錫銅（tin-over-copper）以軟金探針?biāo)鶞y(cè)得的接觸阻抗隨壓力的曲線。數(shù)據(jù)在可接受的條件下顯示，一是增時(shí)處理使錫轉(zhuǎn)化為錫化合物，二是增時(shí)處理和腐蝕後。IMC阻抗的增加超過了可接受條件下的值但但它對(duì)許多應(yīng)用是合適的。雖然增時(shí)處理的時(shí)間足於完成從錫到金屬間化合物的全部轉(zhuǎn)化，但通常仍能發(fā)現(xiàn)殘留在表面上的錫。如果表面被腐蝕物取代，金屬間化合物本身的接觸導(dǎo)致接觸阻抗的額外增加。

　　總之，熱環(huán)境能導(dǎo)致腐蝕退化，它也能影響貴金屬的腐蝕速度和潛在地影響錫鍍層的金屬間化合物的生成。

　　化學(xué)性‧ 化學(xué)環(huán)境包括濕度及一系列可能的腐蝕種類，如氯，硫和氧。氯和硫?qū)τ谫F金屬鍍層特別重要，而氧則對(duì)錫鍍層很重要。如先前所提及的，錫氧化物對(duì)錫提供了來(lái)自於在其它腐蝕源(source)的腐蝕保護(hù)。

　　濕度對(duì)腐蝕率和腐蝕物水合度的影響是令人擔(dān)憂的。經(jīng)驗(yàn)也表明，濕度變化能影響腐蝕機(jī)理和腐蝕率。

　　貴金屬的腐蝕機(jī)理在3.3.1節(jié)中已經(jīng)作了討論。為了更加完整(for completeness)，對(duì)貴金屬鍍層而言，應(yīng)該注意到主要的腐蝕機(jī)理隨環(huán)境成分特別是氯和硫的含量(content)的變化而發(fā)生變化。隨環(huán)境惡劣程度(in severity)的增加，主要的退化機(jī)理由多孔腐蝕變化到腐蝕擴(kuò)散(creep)。正如前面所說的那樣，移動(dòng)類型以銅－硫腐蝕物出現(xiàn)。

　　對(duì)于錫鍍層，由于氧在磨損腐蝕中的作用，氧是主要的反應(yīng)(reactive)類型。由于錫氧化物固有的保護(hù)特性，所以錫在FMG環(huán)境中性能良好。

總結(jié)‧總之，應(yīng)用環(huán)境的考慮表明了接觸鍍層選擇上的不同權(quán)衡，取決於化學(xué)方面，熱，或是與腐蝕相關(guān)方面，何者占支配地位。在惡劣的機(jī)械環(huán)境里，因?yàn)槟�損腐蝕而限制了錫的使用。但是，磨損損耗的可能性，磨損退化的產(chǎn)生，在惡劣的條件下不應(yīng)該低估。高溫環(huán)境要求對(duì)錫金屬間化合物的產(chǎn)生和對(duì)影響貴金屬鍍層的蔓延/氧化的考慮。腐蝕考慮對(duì)貴金屬和錫來(lái)說是不同的。而且，磨損腐蝕主要涉及到錫。隨惡劣條件的增加，貴金屬的腐蝕機(jī)理會(huì)隨環(huán)境從孔隙腐蝕轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)散(creep)腐蝕。

3.4.3電路需求

　　從一個(gè)基本的觀點(diǎn)出發(fā)，如果能創(chuàng)建並保持一個(gè)金屬接觸界面，那么在一個(gè)大電壓和電流范圍里的接觸鍍層間的功能(finishs with respect to their functionality)沒什么不同。在這樣的條件下，因硬度和阻抗系數(shù)的差別產(chǎn)生的阻抗的變化是相對(duì)較小的。鍍層間的不同在于阻抗的穩(wěn)定性，即接觸界面對(duì)于應(yīng)用條件下退化的敏感性(sensitivity)。自然地，對(duì)比羅簡(jiǎn)單的描述有幾個(gè)限制因素。

　　電壓‧在電連接器上，除了電能的應(yīng)用，電壓相對(duì)很低──只有幾伏特。金屬間的接觸界面將以歐姆來(lái)衡量，即電壓與電流間的關(guān)系是線性的，其斜率由系統(tǒng)阻抗決定。只有當(dāng)接觸界面不完全是金屬接觸面時(shí)(cease to be completely metallic)，也就是說，當(dāng)它們開始退化時(shí)，電壓的影響才顯現(xiàn)出來(lái)。在這種條件下，電壓可能允許薄膜的電性中斷(breakdown)並由此而建立或重建一個(gè)較低的接觸阻抗，這一現(xiàn)象有時(shí)稱作自我復(fù)原（self-healing）。不幸的是，這種阻抗容易變化并且不可恢復(fù)，這也是為什么薄膜的機(jī)械破壞和薄膜形成的避免對(duì)電性中斷是首要的。Wagar和Holm提供了電性薄膜中斷特性的討論，主要概括在2.3.2小節(jié)中。

　　本討論目的關(guān)鍵點(diǎn)是導(dǎo)致中斷的必要電壓和的和因此產(chǎn)生的高變化性阻抗。電壓的變化源自於薄膜結(jié)構(gòu)本身的易變化性。厚度，組成和結(jié)構(gòu)都依賴于薄膜形成的環(huán)境。阻抗的變化性產(chǎn)生於因?yàn)橹袛嘁�起的�?dǎo)電區(qū)域取決於中斷時(shí)間里電流的流過的事實(shí)。

　　Bock和Whitley提供了有關(guān)磨損退化的電流及電壓決定條件的証據(jù)(evidence of this cu-rrent/voltage dependence with respect to fretting degradation)。

　　電流‧正如第一章所述，針對(duì)電流有兩種基本電性應(yīng)用：信號(hào)和電能。對(duì)于信號(hào)應(yīng)用，典型的電流通常低于1A。而電能應(yīng)用則可能需要幾十甚至上百安培的電流。

　　對(duì)于信號(hào)應(yīng)用，在可能引入系統(tǒng)的雜訊或者數(shù)字式應(yīng)用上可能的數(shù)據(jù)丟失方面，接觸鍍層退化的影響及在隨之而來(lái)的接觸阻抗的變化是非常重要的。Abbott和Schrieber研究了這一影響，而且Abbott是針對(duì)磨損腐蝕來(lái)考慮。根據(jù)這些著作，發(fā)生數(shù)據(jù)丟失的可能原因是，隨接觸阻抗的退化所產(chǎn)生的瞬間開路趨勢(shì)的增加。在可引起貴金屬鍍層磨損腐蝕的條件下，也可以得到類似的結(jié)果。

　　在典型能量應(yīng)用更高電流下，由于高電流下而產(chǎn)生的焦耳熱和紅外線，會(huì)導(dǎo)致額外的考慮。兩個(gè)單獨(dú)的(separate)問題值得討論：(a)什么因素決定鍍層所能承受的最大電流。(b)高電流時(shí)，接觸阻抗的退化有什么影響。

　　接觸鍍層所能承受的最大電流由接觸界面的溫度所決定。接觸界面溫度反過來(lái)又取決於產(chǎn)生的焦耳熱與從接觸界面到接觸彈片散熱的平衡。熱量的產(chǎn)生取決于鍍層阻抗系數(shù)和阻抗系數(shù)隨溫度的變化率。而散熱取決於熱傳導(dǎo)率和熱傳導(dǎo)率隨溫度的改變率。這些反應(yīng)可能相當(dāng)復(fù)雜，就象Williamson所討論的那樣。

　　為了本討論的目的，注意到每一個(gè)鍍層在其熔化時(shí)都有一特征電壓，特征電壓的大小，及依據(jù)前面提到的相互作用所能達(dá)到的比率就足夠了。對(duì)于金，銀和錫鍍層，各自的熔化電壓分別是430，370和130毫伏。

　　在實(shí)際上，通過接觸界面的電壓下降由電流產(chǎn)品(product of the current)和接觸界面阻抗所決定。At a first cut，熔化電壓能被用來(lái)指示鍍層的電流容量，其公式如下：

　　　　　　　　　Vm=I*Rc        　　　　             (3.2)

其中　　Vm==熔化電壓

 　　 　　I==電阻為Rc且即將發(fā)生熔化時(shí)的電流

　　     Rc==接觸界面阻抗

　　在第二章已經(jīng)討論過，Rc取決于鍍層和接觸壓力。對(duì)于一個(gè)確定的接觸阻抗，通過熔化電流的減法，最大電流能夠被確定。恒定的電流容量一般由溫升條件所決定，而溫升條件又取決于接觸阻抗的大小，這一點(diǎn)將在第十二章中討論。

　　按這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，錫具有低電流容量，然而金和銀卻是相當(dāng)?shù)�。鈀和鎳則具有更高的熔化電壓，但是它們所擁有的高阻抗和低效熱傳導(dǎo)性能制約了這一優(yōu)點(diǎn)。

　　對(duì)于高電流應(yīng)用，銀由于自身的低電阻抗和高效熱傳導(dǎo)性能而占有優(yōu)勢(shì)。在電能接觸中，銀的弱點(diǎn)，污點(diǎn)和移動(dòng)趨勢(shì)并不重要。電能接觸的典型的高壓力(high forces typical of power contacts)使污點(diǎn)的影響降至最低。巨大的尺寸，分離和通常典型的電能應(yīng)用接觸間的絕緣減少了移動(dòng)反應(yīng)。

　　接觸阻抗退化在高電流性能上的影響是明顯與前述討論有關(guān)。這樣的退化更進(jìn)一步促進(jìn)了接近熔化電壓。以這樣一個(gè)觀點(diǎn)，鍍層對(duì)退化相對(duì)的反應(yīng)有更大的影響在電能應(yīng)用的鍍層選擇上。再次，錫由于自身的低的熔化電壓和對(duì)磨損腐蝕的反應(yīng)poses最大的危險(xiǎn)。

　　電路參數(shù)綜述．在理論上，金屬間界面對(duì)電流和電壓沒有反應(yīng)，但接觸界面的退化連同接觸界面阻抗的變化引入了一系列的考慮。

3.5　接觸鍍層概述

　　合適的接觸鍍層的選擇包含了使用和功能需求的考慮。例如，由于對(duì)錫的高的接觸壓力需求和在裝配壓力及磨損的共同影響，高接觸數(shù)量，高適配循環(huán)需求決定了貴金屬鍍層(參見表3.1和表3.2)。環(huán)境考慮是復(fù)雜的，包括在貴金屬鍍層上的多孔性和在錫鍍層上磨損退化的可能性之間的權(quán)衡�？紤]一個(gè)確定的應(yīng)用，合適的鍍層是在性能與可靠性間的“最好”的折衷。

表3.1　接觸鍍層的接觸壓力需求

  鍍層　   最小接觸壓力(g)　　　　　　　　評(píng)價(jià)

  金　　　　　　25　　　　最小值由機(jī)械穩(wěn)定性和污染物的轉(zhuǎn)移所決　　　　　　　　　　　　　　　　　　

                      　　　 定。尤其是零接觸壓力(zero-force)條件必須

                      　　　 極力避免。

　鈀　　　　　　50　　　  由于接觸反應(yīng)的作用表面薄膜的可能性。

　  　　　　　　　　       此外，金的評(píng)價(jià)也適用。　　　　　　　　　　　　

金-鈀或　　      50　　　　薄金表面將是多孔的，所以需要使用鈀�！　　�

鈀－鎳　　　　　　　　    

　錫　　　　   100　　　  100g是最小值。更高的值可用來(lái)解釋磨損　

　　　　　　　　　　      腐蝕。但必須提供機(jī)械穩(wěn)定性�！�

　銀   　　   　75　　     必須解釋表面硫化膜。如用作電能接觸則　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　      可能需要更高的壓力�！　　　�

　鎳     　　300 　 　更高的硬度需要更高的壓力來(lái)確保破壞薄膜�！　　　　　　　�

表3.2　接觸鍍層的鍍層，硬度，延展性及摩擦系數(shù)

　鍍層　　硬度(Knoop) (%) 　延展性范圍　   摩擦系數(shù)常用值

　純金　　　　<90               7-10            0.5->1  0.7

　鈷金   　  130-200              <1   　        0.2-0.5 0.3

　鈀　　     200-300              1+　           0.3-0.5 0.3

金-鈀或鈀-鎳   200-300              1+             0.3-0.5 0.4

　銀          80-120              12-19           0.5-0.8 0.6

  錫

　粗糙度       9-12                 20            0.6-1.0 0.8

　亮度        15-20                  3            0.4-0.6 0.5

　93-7          9-12                 17            0.5-0.8 0.6

雙列直插隊(duì)　　                  　               0.2-0.8

直插封裝

　鎳          140-400                 5        　 0.5-0.7 0.6

第四章　接觸彈片材料

    

　　銅合金在電氣和電連接器上得到了很廣泛的應(yīng)用，其原因是由於它具有良好的傳導(dǎo)性能、強(qiáng)度、成型性以及抗腐蝕性能。在本章中將從連接器使用者的觀點(diǎn)，來(lái)對(duì)商業(yè)上可加以利用且其性能適合於運(yùn)用在連接器上的合金進(jìn)行其性能的對(duì)比。然而與連接器製造相關(guān)的重要性能也沒有被忽略，因?yàn)樗鼈兺瑯右灿绊懞辖鸩牧系倪x擇。除了一些對(duì)連接器來(lái)說獨(dú)特重要的方面，一般的關(guān)於銅合金的信息讀者都可從參考目錄1-4中得到指導(dǎo)。

　　如表4.1中所總結(jié)的，當(dāng)選擇合金材料時(shí)連接器產(chǎn)品的功能性需求如設(shè)計(jì)因素和材料性能之間的相互關(guān)係將會(huì)共同作用。合金的種類能滿足產(chǎn)品的功能性需求以及其所分布的功能和如4.1部分中所總結(jié)的它們?cè)谀肽ミ^程中的總的方面。銅合金將會(huì)在4.2部分中由一般術(shù)語(yǔ)進(jìn)行回顧，更專業(yè)的將會(huì)在4.3部分中的合金中另以敘述。

4.1 主要的銅連接器合金

4.1.1銅合金的製造

　　銅合金材料在運(yùn)用於連接器的加工過程中，先是被加工成為薄片狀的板材，然後切成條帶形狀以適應(yīng)後面的沖壓過程的需要。線材同樣應(yīng)用於連接器中，但是在端子元件和其他類型的連接器中這樣的材料應(yīng)用得很少。

　　圖4.1描述了一個(gè)典型的薄板和條帶銅合金的製造流程。此外在參考書目3中可以得到更詳細(xì)的描述。合金線材以同樣的方式製造但具有幾個(gè)顯著的特點(diǎn)：熱擠壓，軋製，和通過沖模的拉拔以改變熱軋製和冷軋製在板材中的應(yīng)用，以及退火處理過程經(jīng)常用於這種產(chǎn)品。

　　溶煉和鑄造  銅合金是最先用於可回收的商業(yè)應(yīng)用的金屬之一，這是因?yàn)楣�業(yè)上能用經(jīng)濟(jì)的辦法將銅合金中的雜質(zhì)維持在一個(gè)較低的水平。溶煉常用于電溶爐之中而少見於銅合金在真空和惰性氣體下的溶煉和鑄造過程中�！　√紝幽芴峁┮蛔銐虻谋Ｗo(hù)。此外，利用真空或特殊的空氣環(huán)境將會(huì)很大的增加合金製造的成本。

　　氫、氧和碳的污染影響由溶煉過程和熱力學(xué)方法來(lái)平衡其溶煉層進(jìn)行控製，其中氫能溶解於銅，氧能與銅和一些合金元素形成氧化物，而碳能與有碳化物組分的合金起反應(yīng)。溶煉控製包括純電解陰極銅和有選擇的相容合金碎屑。當(dāng)一些純組分如鎳、錫、硅或起支配作用的合金如磷、鈹、和鉻合金組分增加時(shí)，都會(huì)引起合金成份改變。

　　板材鍛造的製造過程是從不連續(xù)的鑄造成大矩形橫截面金屬錠或薄鑄片開始的。前述大金屬錠的典型尺寸為約150毫米厚，300到900毫米寬，並且經(jīng)過熱軋製處理以有效的減少其厚度並消除在鑄造過程中殘餘的鑄造微片。另一種鑄造方法是薄鑄片(常用於窄條狀鑄造材料)，其典型的尺寸是約15毫米厚，150到450毫米寬，這些薄鑄片將直接轉(zhuǎn)到冷軋過程之中。選擇條形鑄造是基於經(jīng)濟(jì)上的考慮因素(熱研磨需要較高的資金成本)以及合金的特性(一些銅合金不容易在熱條件下工作)。

　　前述半連續(xù)且大的金屬錠在鑄造過程中垂直利用一個(gè)中空水冷的銅模，在開始時(shí)此銅模的下底部被封住。溶化的金屬實(shí)際上並未象圖4.1中所示的直接進(jìn)入溶模。此溶化的金屬通過一流槽及分配系統(tǒng)進(jìn)入溶模，分配系統(tǒng)能通過一陶製閥系統(tǒng)控制金屬的流量。底關(guān)閉部從溶模中降低，此時(shí)形成一穩(wěn)定的固體外殼以容納溶化的金屬。鑄造將繼續(xù)進(jìn)行直到一直冷(DC)金屬錠形成以足夠熱軋製的長(zhǎng)度。直冷(DC)金屬錠處理的經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)點(diǎn)是幾個(gè)金屬錠可當(dāng)溶爐中的溶化金屬加入相鄰的溶模時(shí)同時(shí)形成。此外接著通過熱軋製在厚度方面的分離是一個(gè)快速有效的方法，盡管在軋製以前要經(jīng)過重新加熱。

　　水平方向進(jìn)行的條狀鑄造將會(huì)產(chǎn)生呈盤旋狀的薄片，此薄片的厚度是與冷軋中第一次分離的軋磨容易相配合的。薄片在製造中被切成盤旋狀而不影響其鑄造過程。鑄造後的表面將會(huì)重新研磨加工以形成高的表面精度。錫青銅大多數(shù)情況下用於條狀加工是因?yàn)槠漭^差熱環(huán)境下的工作性能，而黃銅可廣泛用於熱軋製中的大部分應(yīng)用範(fàn)圍，一些合金製造商還將其用於條狀鑄造加工中。

　　熱軋製 直冷錠在幾小時(shí)之內(nèi)加熱以用於特殊合金溫度的需要，這樣就能通過回動(dòng)研磨將其從25～150毫米的厚度減少約10～25毫米。在熱軋製中快速減少其厚度是可能的，因?yàn)槠錅囟茸兓�可使合金快速再結(jié)晶而不是硬化。典型的預(yù)熱溫度是從850到950℃。溶爐環(huán)境能有效的將氧化過程減小到中性的程度。此階段形成的氧化物對(duì)其要求並不嚴(yán)格，因?yàn)楝F(xiàn)有的熱軋製片將會(huì)在研磨中把表面氧化物及缺陷部清除。此外更重要的是熱處理抹掉了紋理粗糙的鑄造結(jié)構(gòu)，這樣就能達(dá)到均勻和較好的效果。

　　當(dāng)熱軋製完成後，而在水噴淬火及盤卷之前時(shí)軋薄片的溫度大約在600℃左右。接著是用機(jī)械方法去除熱軋製後的表面和邊緣，此後合金片將要經(jīng)過一系列的冷軋和退火處理以降低其表面粗糙度，其中退火處理能提高紋理的微觀結(jié)構(gòu)、促進(jìn)其均勻性並得到所需的性能。

　　冷軋過程  經(jīng)過製造商與一系列的軋製和退火加工相配合的冷磨處理之後將會(huì)得到一性能均勻和尺寸均勻重達(dá)1000公斤的盤卷片。分離軋製過程在處理中的厚度可利用前後安排的四高研磨(four-high mill)(其中兩加工軋製由一大直徑的回程軋製)，以及獨(dú)立，回程研磨。非常普遍的是通過一系列的研磨後過程可以得到最後的厚度和性能(如已知的Sendzemir 研磨，其加工軋製是經(jīng)過幾組軋製實(shí)現(xiàn)的)大尺寸的厚度是通過接觸計(jì)量器的盤旋長(zhǎng)度來(lái)監(jiān)測(cè)和控制，小尺寸的微觀厚度是通過X-射線或伽瑪射線來(lái)度量。線張力和軋製形狀在軋製過程中可以調(diào)整以提供一均勻的條狀尺寸。

　　退火 冷軋可減少條狀厚度面增加合金強(qiáng)度但同時(shí)也降低了其延展性。有效加工過程中的持續(xù)性需要在加工過程中的薄片在其中的幾處通過退火處理孌軟。退火過程中的變軟驅(qū)動(dòng)力是軋製變形過程中存儲(chǔ)能量的釋放。新的紋理是從變形紋理中成形的，並且其尺寸也同時(shí)增加。至新紋理處的延伸是允許增加的，因?yàn)樵诔尚托院蛷?qiáng)度上需要更好的紋理微觀結(jié)構(gòu)，此延伸是由退火溫度及持續(xù)時(shí)間的選擇決定的。

　　銅合金的退火是在同一溶爐的不同盤旋片中進(jìn)行的，其溫度將保持幾個(gè)小時(shí)當(dāng)開放的盤旋薄片通過一退火溶爐(請(qǐng)參照?qǐng)D4.1)。每一退火方法都有其優(yōu)點(diǎn)和局限。成批退火其側(cè)重點(diǎn)在於加重的前末端處理厚度；通過鍍層厚度處理的退火能達(dá)到更大的靈活性，並且每一種方法之間可以相互替換。

　　整爐退火處理是位於一可移動(dòng)、類似鍾形的內(nèi)腔之中進(jìn)行，且此內(nèi)腔的下部封閉。在內(nèi)腔的盤旋片是通過處?kù)兜脱鹾偷蜐穸鹊牡�或�?氫成分的氣體來(lái)防止其被氧化。而上述的氣體在內(nèi)腔快速循環(huán)。此內(nèi)腔又被一更大的可移動(dòng)的外部空腔所包圍，以收容此加熱源(燃燒氣體或電加熱)。內(nèi)部鍾形腔內(nèi)的溫度從250℃(一般用於純粹的銅)到約650℃(用於一些銅合金)。表面質(zhì)量是由被覆物所保持，而此被覆物可防止線圈之中包裹物的粘貼。殘餘的被覆物在之後的清除加工過程中將被去除。

　　合金線圈將在一到兩個(gè)小時(shí)內(nèi)達(dá)到均勻的溫度，然後其設(shè)在一定溫度並保持幾個(gè)小時(shí)。通過去除了外層的容腔後退火的冷卻速度將會(huì)加快。內(nèi)部容腔及其內(nèi)部的保護(hù)氣體成分將一直保持到金屬完全冷卻，以避免其受到氧化。

　　線圈的連續(xù)退火可利用將薄片(sheet)通過溶爐而實(shí)現(xiàn)，此溶爐還包括有一燃燒室以通過直接接觸來(lái)對(duì)金屬進(jìn)行加熱。氧化可通過控製氣體成分來(lái)減少。對(duì)如圖4.1中所安排的垂直溶爐來(lái)說，板材通過一頂端封閉部進(jìn)入加熱區(qū)，並且其冷卻是利用沖擊氣體在從下端封閉部退出前進(jìn)行。板材在低於出口部的水中淬火。排列成一直線的酸清洗和研磨刷將會(huì)在板材被盤卷之前完成，而此過程位於溶爐線之末端。

　　氫氣是從壓縮的氨水中提煉出來(lái)的，它可與氮?dú)饣旌显谝黄鸲�不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。使用這些干凈氣體的火爐除了可能水平放置并且具有更高的防止外面空氣進(jìn)入的密封裝置外，具有與普通燃燒爐同樣的特性，該火爐通常是在近似標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下工作的。薄片 (sheet)被外部的熱蒸餾瓶(retort)或者火爐內(nèi)部自配的電加熱元件加熱升溫。薄片(sheet)在進(jìn)入大氣前被噴出的氣體冷卻。

　　在退火過程中，銅合金氧化被減少到了最低點(diǎn)，但是它是不能完全避免的。氧化的程度及形成的氧化物的耐火性依賴於合金組成成分同保護(hù)氣體發(fā)生氧化反應(yīng)的活性。非合金的銅和黃銅抗氧化能力相對(duì)強(qiáng)一些，因?yàn)橥嘶饻囟鹊筒⑶矣伸稛崃�學(xué)原因， 殘餘的氧化物及用于降低氣壓的露點(diǎn)形成控制要求是適度的。合金氧化物具有很活潑的元素，如金皮或鋁，在商業(yè)許可的環(huán)境中不能逃避被氧化。酸浸(Acid pickling)(包括稀釋的可與過氧化氫反應(yīng)而生成更具腐蝕性物質(zhì)的硫酸)和研磨刷及拋光被廣泛地應(yīng)用於確保不會(huì)引起印刷工具不可接受的磨損的高質(zhì)量表面和材料。

　　後處理 合金型材制造的最后工藝－退火是相當(dāng)關(guān)鍵的，因?yàn)檫@一步形成了一種材料以達(dá)到需要的性質(zhì)。進(jìn)行後續(xù)退火處理材料的厚度依賴於硬化合金以達(dá)到所需的強(qiáng)度或生成調(diào)劑的冷軋的次數(shù)。本節(jié)后續(xù)部分提供了冷軋選定合金的例子。為了提高合金材料的性能或降低內(nèi)部殘?jiān)�的彈性伸縮率，材料治煉過程常包括低溫退火工藝。

　　為了消除片狀材料的彎曲或提高其整個(gè)面板的平整度，片狀材料可能在最後工序被拉緊撫平。 拉緊撫平包括整塊材料向相反方向順序彎曲，嚙全碾平，片狀料板在拉力作用下同時(shí)保持平整。內(nèi)部綱孔的數(shù)量在條料寬度各段會(huì)有所變化。來(lái)於內(nèi)部紡織翻轉(zhuǎn)和拉伸的反向彎曲的聯(lián)合效應(yīng)引起片狀材料塑性變形並局部形成更好的配合鄰接區(qū)域。片狀材料中心處更多的塑性變形導(dǎo)致消除由轉(zhuǎn)曲遺留的長(zhǎng)邊緣的皺形。延長(zhǎng)邊緣的水平裝置用作消除中等寬度的彎曲。彎曲生產(chǎn)過程被設(shè)計(jì)來(lái)生產(chǎn)可能的最平的長(zhǎng)條材料，該材料僅用於必要的更重要的場(chǎng)合。

　　被加工成寬度介於250mm至800mm的薄料最終要用裝在合適位置的轉(zhuǎn)刀將之切開並壓在沖模寬度。最終沖壓件被象包扎薄餅似地輕輕地包裝以便於運(yùn)輸。

4.1.2標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定(standard designations)

　　合金組成. 合金元素的種類、濃度及其加入治煉過程的影響控制著銅合金的強(qiáng)度。合金強(qiáng)度值可通過幾種途徑來(lái)提高，這依賴於合金所包括的關(guān)鍵元素類型。由溶液的原子尺寸不同於銅原子尺寸的合金元素引起的不適當(dāng)?shù)膹埩�和�?lái)源於凝結(jié)物的張力(strain fields)代表了兩種提高合金強(qiáng)度的途徑。固溶合金及凝結(jié)強(qiáng)化合金在用作連接器的合金中占大部分。二次散佈合金的顆粒，比后者粗糙，代表了又一種高強(qiáng)度合金的來(lái)源。這些粒子有助於提高冷軋的強(qiáng)度效應(yīng)。用於提高銅合金強(qiáng)度的機(jī)械治煉在本章的后續(xù)部分詳細(xì)描述。

　　銅合金是根據(jù)其包含的重要合金構(gòu)成物來(lái)分類的，因?yàn)檫@些重要的合金構(gòu)成物對(duì)合金的性能有很大的影響。這些合金構(gòu)成物包括含鋅的黃銅；含鎳，鋁或矽的青銅；含不同數(shù)量錫的黃銅及鎳與其它元素(如鋅，矽及錫等)的組合物。表4.2列出了連接器上應(yīng)用的幾種主要的銅合金，該表還列出了這些合金名義上的組成物和北美用於區(qū)分這些合金的統(tǒng)一數(shù)字系統(tǒng)(UNS)的代號(hào)。每組中決定強(qiáng)度的主要元素都被列於表4.2中並用來(lái)標(biāo)識(shí)合金的類型。

　　在統(tǒng)一數(shù)字系統(tǒng)(UNS)中，每一組的銅合金都用字母C開頭，其后跟著5位數(shù)字(包括以銅或黃銅開頭的3位數(shù)字系統(tǒng))。通常只采用前3位或4位數(shù)字。(當(dāng)尾部數(shù)字是零時(shí)，常將之省略以幫助銅合金的識(shí)別。)

　　統(tǒng)一數(shù)字系統(tǒng)(UNS)標(biāo)準(zhǔn)中，第一位數(shù)字介于1到9之間，並且數(shù)字1到7表示可鍛銅合金(第一位數(shù)字8和9表示合金鑄件)。非合金銅和高銅合金(含銅量至少在90.6%以上)被歸入C1xxxx系列的一組。銅鋅合金列於其後(C2xxxx系列)，以下依次是錫黃銅(C4xxxx系列)、錫青銅(C5xxxx系列)、鋁或矽銅合金(C6xxxx系列)和鎳銅合金(C7xxxx系列)等。后面緊跟的數(shù)字用來(lái)區(qū)別每組中的不同組成成分，如C23000和C26000分別代表含10%或30%鋅的銅合金。表4.2省略的部分是幾組含鉛的合金型號(hào)，如含鉛青銅C3xx系列，因?yàn)檫@些類型通常用於機(jī)械部分(桿狀物和條狀物)，而在連接器上用得較少。

　　調(diào)制回火　銅合金調(diào)劑的命名系統(tǒng)是由ASTM定義的，推薦的應(yīng)用型號(hào)是B601。該系統(tǒng)是為了取代原有述語(yǔ)，即半硬性、彈性等，但是現(xiàn)在新舊命名同時(shí)存在。表4.3總述了用於銅合金(不論產(chǎn)品形式)的退火環(huán)境。

　　用作特殊合金的調(diào)劑是通過回火冷作硬化或特殊熱處理等聯(lián)合效應(yīng)而生產(chǎn)的得到的。調(diào)劑是用拉伸強(qiáng)度和延伸率或者屈服強(qiáng)度來(lái)描述的，這些都是用扭轉(zhuǎn)的方向來(lái)測(cè)量的。溶液強(qiáng)化合金和二次散佈強(qiáng)化合金是由特殊合金的厚度通過在“準(zhǔn)備加鍍層”的回火環(huán)境(參考4.1.1節(jié))冷彎曲而制得的。固溶強(qiáng)化合金和二次散佈強(qiáng)化合金，將在4.1.3節(jié)描述，通常是用前述方法來(lái)說明的，然而，屈服強(qiáng)度常用於凝結(jié)強(qiáng)化合金。

　　金屬是由許多微小顆粒組成的 (polycrystalline)，其中單個(gè)微小顆粒可以想象為泡沫。 微小顆粒的平均直徑被測(cè)量為介於沿著置放在穿過樣品部分的冶金光澤上的隨意分布邊界的截距。微小顆粒在回火環(huán)境有等量退化 (equiaxed)的趨勢(shì)，在冷軋回火環(huán)境中有延伸的趨勢(shì)。 微小顆粒的尺寸在某些場(chǎng)合被詳細(xì)地加以說明，這已成為銅合金的習(xí)知記錄。典型的銅合金微小顆粒直徑介於5到25微米之間，包括在某些特殊情況下產(chǎn)生的優(yōu)質(zhì)顆粒和劣質(zhì)顆粒。

4.1.3合金種類及其治煉技術(shù)

　　合金也根據(jù)其比純銅更可靠的占優(yōu)的冶金學(xué)機(jī)械特性在表4.2中進(jìn)行分組。而且，每種合金不同地反應(yīng)了制造某種特性(該特性能區(qū)別該合金)的化合物的過程。

　　銅合金占優(yōu)的冶金強(qiáng)化機(jī)理包括固體溶解強(qiáng)化、二次散佈強(qiáng)化和凝結(jié)強(qiáng)化等。一些合金通過多種途徑化合強(qiáng)化。固體溶解合金指那些主要被廣泛地溶解於合金里的元素強(qiáng)化的合金。當(dāng)某一合金元素超出溶解極限時(shí)便產(chǎn)生了尺寸由粗糙(1微米以上)到中等大小(幾十分之一微米)再到很細(xì)(幾百分之一微米)的第二階段的粒子。提高強(qiáng)度的最大功臣是尺寸為亞微米的細(xì)小顆粒。最大的顆粒一般來(lái)源於鑄件。具有中等尺寸的顆粒來(lái)源於熱機(jī)械過程。二次散佈強(qiáng)化合金包括通過增加冷加工效應(yīng)來(lái)提高強(qiáng)度的中等尺寸顆粒。凝結(jié)強(qiáng)化合金把其強(qiáng)度歸功於由促進(jìn)其形成的熱處理特殊順序生成的細(xì)小顆粒的特性。

　　固體溶解合金．含有鋅，錫，矽，鋁及鎳的銅合金構(gòu)成了大多數(shù)商業(yè)上的固體溶解強(qiáng)化合金。這些合金主要另外由一到二種元素組成。錫，矽和鋁等額外元素提供了最大的強(qiáng)度。鋅和鎳必須加入比錫和矽更多的劑量以達(dá)到相同的強(qiáng)化功效，但它們有合金中也具有更大的溶解度。經(jīng)過固體溶解強(qiáng)化的合金具有與銅相同的原子晶體結(jié)構(gòu)并且當(dāng)對(duì)某部分進(jìn)行微觀分析時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)其呈現(xiàn)單一階段微觀結(jié)構(gòu)。

　　把固體溶解合金象典型的沖壓那樣變成片狀的碾磨過程包括重複多次的受控冷壓過程和熱壓或鑄造環(huán)境的回火過程。 圖4.2舉例說明了由a read-to-finish的回火環(huán)境得到的固體溶解合金的典型冷壓彎曲過程(該圖描述了C260，一種含30%鋅的黃銅合金)。這些彎曲用作定義在制造合金調(diào)劑中所需的彎曲強(qiáng)度值。就象厚度減小延伸性下降一樣，冷壓增加了合金的強(qiáng)度但也會(huì)伴隨著更低的延展性。

　　單獨(dú)的固體溶解合金元素的強(qiáng)度增加主要包括三個(gè)重要因素：（1）由加入元素的原子半徑與銅原子半徑不合適和相對(duì)銅的電子結(jié)合（原子價(jià)）引起的強(qiáng)度提高效應(yīng)；（2）合金元素溶解的多少及（3）其對(duì)從冷壓操作到最終回火條件的冷作硬化率的影響。圖4.3列出了三種商業(yè)合金中的鋅和錫對(duì)合金強(qiáng)度的單獨(dú)影響。這些合金包括含10%銅的鋅黃銅器(C220)和含5%銅及8%錫的青銅各為(C510和C521)，該合金常與非合金銅(C110)作比較。如果在回火和冷作硬化條件下對(duì)含5%銅的合金和含8%錫的合金作比較就會(huì)發(fā)現(xiàn)兩者的強(qiáng)度比含10%鋅的合金的強(qiáng)度提高的多得多。如果根據(jù)每種合金中合金元素的百分比含量來(lái)作比較，就會(huì)發(fā)現(xiàn)各種合金的強(qiáng)化效應(yīng)具有更大的差異（由於更厚的錫比鋅含有更低的原子百分比）。

　　圖4.3顯示，若達(dá)到相同的強(qiáng)度，8％錫合金所要求的冷軋次數(shù)較少。拉伸度及可成型性等其它方面因此隨強(qiáng)化合金在高強(qiáng)度時(shí)更加可靠。因?yàn)殂~合金需要更多次的冷軋，所以對(duì)錫-銅合金而言，冷軋銅達(dá)到相同的強(qiáng)度，其可成型性更差。各種合金各自的可成型性將在本章後面討論。

　　固溶合金中的合金元素引入了其它替換性特性。其中商業(yè)性合金的導(dǎo)電性只有非合金銅的一半，更多關(guān)於合金處理對(duì)導(dǎo)電性影響的說明將在第4.2.1節(jié)討論，對(duì)抗腐蝕性的影響將在4.2.5節(jié)將論。

　　通常來(lái)講，固溶合金在中等強(qiáng)度作用下的可成型性較好，對(duì)腐蝕及導(dǎo)電性有不同程度的替換。與固溶合金形成競(jìng)爭(zhēng)的是二次散佈合金（dispersed second-phase alloy），它在中等強(qiáng)度作用下能夠提供更好的導(dǎo)電性，並且凝結(jié)強(qiáng)化合金在導(dǎo)電性、強(qiáng)度及成型性有更好的結(jié)合。

　　二次散佈合金 該組合金通過加強(qiáng)對(duì)亞微米粒子而不是粒子冷處理的反應(yīng)而具有更優(yōu)的強(qiáng)度。冷處理會(huì)在包含有一定比例拉伸力的金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生線性分離（linear defects）。相同數(shù)量的二次散佈合金粒子與普通固溶強(qiáng)化合金（solid solution-strengthened alloy）粒子相比，二次散佈合金粒子會(huì)促進(jìn)更多欠缺的產(chǎn)生。因運(yùn)行而產(chǎn)生的欠缺越多，通過它們間相互干擾所產(chǎn)生的連續(xù)變形抵抗力就越大，即增加了它們的強(qiáng)度。

　　二次散佈強(qiáng)化對(duì)提高強(qiáng)度的作用是因?yàn)闊峒庸み^程而不是來(lái)自於鑄造過程。選定可使合金元素形成固溶合金的臨界退火溫度，失去退火條件（strip annealing conditions）也須調(diào)整到不再溶化已處理合金元素而可以再結(jié)晶，盡管該退火方式也能用於再溶化所需要的合金元素。

　　對(duì)固溶合金而言，傳送原料帶的回火度由冷軋通過對(duì)經(jīng)過退火的準(zhǔn)備鍍層的量的控制而得到。二次散佈粒子同時(shí)也通過延遲粒子在退火過程中的增長(zhǎng)而精煉微粒構(gòu)造，因此而促進(jìn)合金的強(qiáng)度及經(jīng)常促進(jìn)其可成型性。

　　圖4.4顯示了兩種不同二次散佈銅合金工件的硬化曲線。一種主要包含2.3%的鐵及數(shù)量更少的磷和鋅，而另一種包含了22%的鋅以及更少的鋁和鈷（C688）。銅鐵合金成份超過了鐵在銅中的溶解度，且在退火過程中形成鐵粒子。這些分散粒子的主要影響是提高經(jīng)冷處理後的銅合金矩陣的強(qiáng)度。該影響通過比較C194與非銅合金C110的冷軋曲線而更加明顯。大約不到0.01%的鐵保留在固溶合金中，這些散佈的鐵粒子減小了銅的導(dǎo)電性。

　　銅-22%的鋅銅（C688）含有鈷-鋁金屬間化合散佈階段，該過程對(duì)精煉粒子到10µm以下尤其有效。相反，10到25µm的粒子是典型的第一階段，固溶合金。零件的硬化率也固有意地加入C688粒子而得到提高。C688與鋅銅二元合金及相同數(shù)量的鋅（C240）的曲線比較說明了這個(gè)效果（圖4.4）。對(duì)相關(guān)的那些經(jīng)單獨(dú)溶解而強(qiáng)化的二次散佈合金而言，較少冷處理零件通常需要達(dá)到相同的強(qiáng)度，因此，二次散佈合金在相對(duì)強(qiáng)度下通常更容易成形。

　　二次散佈合金可提供很寬的導(dǎo)電率範(fàn)圍（請(qǐng)參閱第4.4.1節(jié)）。C688與該組其它合金相比其導(dǎo)電率更低，盡管其硬度很高。散佈保持在銅基材合金中的鋁與鈷說明了為什麼合金的導(dǎo)電率較低。從該組合金中同時(shí)將較好的成型性與適當(dāng)?shù)母邚?qiáng)度結(jié)合起來(lái)是可行的，它們性能的結(jié)合接近於凝結(jié)強(qiáng)化合金的這些特性。

　　凝結(jié)強(qiáng)化合金 可以在凝結(jié)強(qiáng)化合金中得到提高的過於精煉的二次散佈粒子通過阻止線性原子的分離運(yùn)動(dòng)而直接影響合金強(qiáng)度（對(duì)經(jīng)強(qiáng)化了的冷處理零件中的二次散佈合金的主要影響）。它們的封閉空間，有時(shí)通過可伸縮的不適當(dāng)擴(kuò)大阻止產(chǎn)生塑形的影響範(fàn)圍彈性區(qū)域的輔助，對(duì)它們的強(qiáng)化效果是有影響的。這種不適當(dāng)?shù)膹椥栽挫躲~與合金元素之間原子大小的不同，因?yàn)獒嵴咴�子簇在以銅原子為主的合金原子矩陣中形成了粒子。

　　僅僅有一小部分銅合金可以得到凝結(jié)強(qiáng)化。它們與其它合金相比突出的特性在於：在溫升時(shí)合金元素的高溶解性，及低溫?zé)崽幚頃r(shí)更低的溶解性。通過持續(xù)的熱處理充分利用它們的雙重溶解特性，設(shè)計(jì)這些合金進(jìn)程發(fā)展更精細(xì)的二次散佈合金。因此，處理過程在相對(duì)的高溫下通常包含料帶退火，並伴隨快速冷卻，以盡可能地溶解溶合。該處理以後，通過低溫且更長(zhǎng)時(shí)間的臨界退火（或增加處理）產(chǎn)生所需要的精煉凝結(jié)粒子分布。

　　商業(yè)上重要的凝結(jié)強(qiáng)化合金是與金皮或銘元素，或雙層鎳與銀或錫，或鉛的合金。盡管數(shù)量很少，凝結(jié)強(qiáng)化合金在要求更多的電連接器應(yīng)用上仍是一組重要的合金，優(yōu)良的成型性、對(duì)高溫下伸縮的高抵抗力、以及良好的抗腐蝕性是該組合金的特殊性質(zhì)，而導(dǎo)電性則可以從相對(duì)較低，與最強(qiáng)的鈹銅相比，到適當(dāng)較高的數(shù)值，與銅銘合金相比。

　　凝結(jié)強(qiáng)化（或提高壽命）處理可以通過電連接器的加工或通過合金的研磨進(jìn)行。決定選擇一種或是另一種取決於商業(yè)上對(duì)強(qiáng)度及沖壓成型性這種特殊的熱處理加工性能，及與室內(nèi)執(zhí)行該最後強(qiáng)化處理相關(guān)的成本對(duì)研磨處理合金的更高成本的要求。通過優(yōu)化的處理溶液加上冷卻條件可以得到最高的可能強(qiáng)度。其成型性隨強(qiáng)化處理強(qiáng)度的增加而降低。因而，大多數(shù)對(duì)幾何形狀有要求的部件在材料處理前預(yù)先成形。凝結(jié)硬化處理前後的屈服強(qiáng)度如圖4.5所示。冷軋回火熱處理，而不僅僅是溶解處理，導(dǎo)致最後合金強(qiáng)度的增加。導(dǎo)電性及強(qiáng)度隨銅原子矩陣在合金成份中因二次強(qiáng)化鈹化物的形成而逐漸衰竭。

　　但更經(jīng)常的是，凝結(jié)硬化處理過程通過料帶加工作為最後的制程，在該狀況下材料是指研磨硬化材料。這些研磨處理的回火在強(qiáng)度與成型性之間形成一種平衡；合金典型地被處理為在最高強(qiáng)度以下從而提供比完全凝結(jié)強(qiáng)化條件下更好的成型性。圖4.5所示的這種研磨硬化回火顯示了與合理有用的成型性的關(guān)係。

　　通過研磨硬化回火（mill hardened tempers）有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）潛在降低加工成本及（2）更好控制尺寸（dimension）。熱處理過程中沒有氧化物移動(dòng)，附加的操作及挑選酸性物質(zhì)處理即可以避免。在凝結(jié)過程中特定的體積變化可能改變尺寸。成形部件上殘餘的壓力促進(jìn)凝結(jié)反應(yīng)的進(jìn)行，同時(shí)拉力促進(jìn)凝結(jié)產(chǎn)生的體積膨脹。這種影響在商業(yè)上通過對(duì)熱處理時(shí)部件的壓迫，或成型可補(bǔ)償預(yù)期變形的尺寸而得到控制。大多數(shù)凝結(jié)強(qiáng)化合金，包括金皮銅和銅-鎳基材合金，因?yàn)樵摾碛啥��?jīng)常利用研磨硬化條件下（mill-hardened condition）。

4.2電連接器合金性能

4.2.1合金的選擇因素

　　材料性能與電連接器的功能性要求間的關(guān)係可參閱表4.1所總結(jié)。大多數(shù)重要材料與功能相關(guān)的性能包括導(dǎo)電率、強(qiáng)度及伸縮系數(shù)。通過減少接觸壓力（伸縮現(xiàn)象）和抗腐蝕力來(lái)影響可靠性�？沙尚托约俺叽缈刂朴绊憹M足電連接器產(chǎn)品功能性需要合金的機(jī)械加工可靠進(jìn)行的能力。

　　與導(dǎo)電性有關(guān)的決定性因素是電連接器是試圖傳輸電流（通常幾十安培）還是試圖傳輸電信號(hào)（通常1安培以下）。正如所預(yù)測(cè)的，高導(dǎo)電率合金更有利於電能傳輸應(yīng)用以避免產(chǎn)生大量的焦耳熱，但在電壓必須受預(yù)定的電路損耗時(shí)，它們可能對(duì)信號(hào)傳輸更為有利。

　　合金產(chǎn)生的強(qiáng)度及伸縮系數(shù)決定了電連接器配合時(shí)接觸彈片的接觸正壓力。經(jīng)常，對(duì)提高接觸壓力的有效性壓力可通過變曲得到。從彈性臂端子（見第6.3.1節(jié)）得到的正壓力（Fn）的關(guān)係可表示為：

　　　　　　Fn=αmodulus×deflection×αstress  　　　　　  （4.1）

　　幾何上因素（如梁的寬度、厚度、及長(zhǎng)度）使該等式最終成立。彎曲伸縮系數(shù)可遵循胡克定理提供的懸臂彈性而用於決定接觸壓力（這就是說，所加的彎曲壓力不能超過比例限度）。該比例限度隨著其它屈服強(qiáng)度的增加而傾向於增加，並因此受合金及其過程影響。因而，在給定材料厚度的情況下，高強(qiáng)度合金通常能提供更高的接觸壓力。施加壓力超過其彈性限度會(huì)導(dǎo)致微結(jié)構(gòu)的變形。最終結(jié)果是如果彈性移動(dòng)僅僅通過伸縮應(yīng)力產(chǎn)生則接觸壓力小於將要達(dá)到的（最大接觸壓力）。

　　連接器的可靠性需要連接器處?kù)豆ぷ鳡顟B(tài)過程中，接觸壓力保持穩(wěn)定，或至少不會(huì)低於所允許的極限值。當(dāng)接觸彈片處?kù)堕L(zhǎng)期的應(yīng)力狀態(tài)下時(shí)，即使應(yīng)力是在彈性範(fàn)圍以內(nèi)，微量塑性變形依然會(huì)發(fā)生。一些初始的彈性應(yīng)力和張力可以被塑性變形所取代，這樣會(huì)導(dǎo)致接觸力減小。(一種解釋為應(yīng)力釋放的現(xiàn)象)。冶金過程中的微塑性變形是受溫度影響的，並且，當(dāng)工作溫度處?kù)?0－100℃時(shí)銅合金的微塑性變形會(huì)變得很明顯。某些合金對(duì)溫度的影響具有較高的抵抗力。多個(gè)連接器並聯(lián)時(shí)，接觸力的穩(wěn)定性明顯增加。為了讓插入力處?kù)兑粋�(gè)合理的水平中，接觸力可以被設(shè)計(jì)得接近於允許的極限值，這是為了保持可靠的電性連續(xù)性。然而，這種情況下的工作過程中，初始力的降低必須保持在範(fàn)圍允許的最小值。

　　對(duì)於可靠的連接器性能還需要滿足一個(gè)額外的要求，那就是其合金的成份必須能夠防止在工作環(huán)境中受到的化學(xué)腐蝕。如有必要，銅合金會(huì)鍍上一層金屬以增加對(duì)受污染的空氣及化學(xué)物質(zhì)的抵抗能力。

　　折彎加工是連接器成型過程中最常見的工步。端子料帶材料存在一個(gè)在加工過程中不至於斷裂的極限範(fàn)圍，該極限是選擇端子合金及其回火方式的關(guān)鍵之一。在某些連接器的組成部分要防止伴隨成型加工所生成的不規(guī)則的粗糙部的產(chǎn)生。如果鍍層出現(xiàn)很明顯的起皺現(xiàn)象，就會(huì)影響表層金屬的連續(xù)性，但不至於一起基材銅合金的破損，所以這種起皺現(xiàn)象在連接器的特定部位上發(fā)生或許是可取的。

　　同樣與成型加工相關(guān)的是對(duì)受成型過程或成型后熱處理過程彈性回復(fù)影響的尺寸的控制。這可依照經(jīng)驗(yàn)或者由銅合金料帶供應(yīng)商所提供的信息來(lái)調(diào)整治具，以實(shí)現(xiàn)對(duì)尺寸的控制。

　　在以下的章節(jié)里，將選擇性的討論合金的性質(zhì)，尤其是前文所提到的對(duì)連接器性能很重要的性質(zhì)。首先要討論的是最具有區(qū)別特性的合金傳導(dǎo)率及其強(qiáng)度。一般來(lái)講，強(qiáng)度越高的合金其傳導(dǎo)率越低。

4.2.2 傳導(dǎo)率/焦耳熱

　　銅合金的電性傳導(dǎo)率是以一種獨(dú)特的方式即占純銅標(biāo)準(zhǔn)(International Annealed Copper Standard， IACS)的百分比來(lái)描述。在早於一個(gè)世紀(jì)以前當(dāng)純銅標(biāo)準(zhǔn)剛建立時(shí)，IACS百分?jǐn)?shù)值是用來(lái)表示純銅的純度。隨著冶金技術(shù)的進(jìn)步，開發(fā)出許多具有商業(yè)價(jià)值的具有更高傳導(dǎo)率的銅合金。C110的IACS百分比值為101，它是商業(yè)純銅。純度測(cè)量的基本原理是先測(cè)出其電阻率再經(jīng)由除以172.4從微毆轉(zhuǎn)換成IACS百分比值。連接器用的銅合金其電性傳導(dǎo)率IACS值一般在5～95％範(fàn)圍內(nèi)。IACS值小於30％的銅合金其傳導(dǎo)率適合於信號(hào)及小電流傳輸?shù)倪B接器。以傳輸電力為主的連接器其IACS值一般要超過70％。表4.4中列出了常用的連接器合金的傳導(dǎo)率數(shù)值。與穩(wěn)定的溶液相比，合金的傳導(dǎo)率會(huì)隨著各種其他金屬成份的減少而增加。插圖4.6描繪了向穩(wěn)定溶液中分別加入鎳、錫、鋅三中雜質(zhì)后所得不同傳導(dǎo)率的曲線。每組合金曲線體現(xiàn)了相應(yīng)商業(yè)合金的最小傳導(dǎo)率主要取決於合金中的主要合金成份（當(dāng)然亦包括含量較少的一些雜質(zhì)元素）。某些元素如錫和鎳的存在會(huì)使傳導(dǎo)率大為降低。鋅雜質(zhì)對(duì)合金傳導(dǎo)率的影響不是很明顯。經(jīng)完全退火處理的合金其電性傳導(dǎo)率亦會(huì)降低，但這種影響較�。↖ACS值在2～3％範(fàn)圍內(nèi)的較為典型），而經(jīng)回火處理的合金其電性傳導(dǎo)率受到的影響明顯得多。

　　溶解元素的凝結(jié)會(huì)導(dǎo)致較高的傳導(dǎo)率（如合金中鎳與矽結(jié)合形成的矽溶液，鐵從銅－鐵合金中結(jié)晶出來(lái)）。插圖4.7將連接器合金按照傳導(dǎo)率（或強(qiáng)度）分類描述，同時(shí)也顯示了這些合金各自的增加強(qiáng)度的不同方法。

　　銅合金的電性傳導(dǎo)率及熱傳導(dǎo)率之間是通過LORENZ法則聯(lián)系起來(lái)的，如插圖4.8示。該法則從所建立的超導(dǎo)體金屬模型上獲得，它指出電性傳導(dǎo)率與熱傳導(dǎo)率之間通過LORENZ系數(shù)相互聯(lián)系。有了這一法則，合金的熱傳導(dǎo)率就可以通過測(cè)量電性傳導(dǎo)率或電阻率而方便地得到。

　　在室溫環(huán)境中，低的電性傳導(dǎo)率對(duì)應(yīng)於低的熱傳導(dǎo)率�？梢酝评淼贸觯瑲W姆加熱器用低電性傳導(dǎo)率的合金作成，當(dāng)給其加入較大電流時(shí)，由於其熱傳導(dǎo)率亦較小熱量不易散發(fā)而產(chǎn)生大量熱能。對(duì)於具有相同傳導(dǎo)率及相關(guān)基本組成成份的合金來(lái)說，各成份的比例關(guān)係十分重要。

　　LORENZ系數(shù)與溫度有關(guān)，而且各種合金成份的電傳導(dǎo)率和熱傳導(dǎo)率與溫度變化的關(guān)係不完全一致。舉個(gè)例子說明，不含合金成份的銅，當(dāng)溫度升高時(shí)，其電性傳導(dǎo)率比熱傳導(dǎo)率要降低得多得多，而對(duì)於銅的合金成份，其電性傳導(dǎo)率隨溫度升高而降低的同時(shí)，某些熱傳導(dǎo)率卻會(huì)隨溫度的升高而升高，LORENZ系數(shù)可在10～20％的精度範(fàn)圍內(nèi)將熱傳導(dǎo)率從電性傳導(dǎo)率（或電阻率）中區(qū)別出來(lái)。

4.2.3 強(qiáng)度

　　延展特性，包括屈服強(qiáng)度及彈性系數(shù)，作為區(qū)分各種合金成份的一種尺度而應(yīng)用於特殊連接器的設(shè)計(jì)當(dāng)中。由於連接器常見的應(yīng)力形式為彎應(yīng)力，因此彎曲應(yīng)力也要作為合金的一種機(jī)械特性而附加考慮。拉伸及彎曲應(yīng)力特性是合金加工中十分重要的考考慮因素。各種各樣銅合金的彈性系數(shù)均有略微不同，彈性的恆定並不是取決於各合金自身受到加工過程的影響，而是由其材料形成時(shí)結(jié)晶組織所固定的彈性系數(shù)來(lái)決定的。

　　拉伸強(qiáng)度  按照拉伸特性所選擇的連接器用合金按照其相關(guān)電性傳導(dǎo)率列示於圖4.7。圖中多數(shù)結(jié)晶合金均運(yùn)用回火工藝而獲得380～700MPA的拉伸強(qiáng)度，其傳導(dǎo)率一般低於35％IACS，而較為離散的合金其傳導(dǎo)率卻較大，一般在50％IACS以上，其強(qiáng)度只比那些集中點(diǎn)代表的合金略低。凝結(jié)強(qiáng)化合金和與其具有相同傳導(dǎo)率的溶液強(qiáng)化合金相比其具有最高的強(qiáng)度，和二次散佈合金相比具有較高的強(qiáng)度但是傳導(dǎo)率較低。

　　彎曲強(qiáng)度/接觸壓力　對(duì)於最初的材料選擇和對(duì)它們從供應(yīng)商得來(lái)的規(guī)格，可延展性能是足夠的。然而，彈性端子常常是懸臂梁，所以(and)彎曲應(yīng)力—應(yīng)變特性基本上是適用的。依靠材料性能上的限製是否被超出，或者當(dāng)使用錯(cuò)誤的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)時(shí)，接觸壓力可能被錯(cuò)誤地預(yù)測(cè)。

　　如圖4.9所示的青銅在接觸彈片 (contact spring) 受壓超過了性能極限時(shí)的拉伸、壓縮和彎曲應(yīng)力應(yīng)變曲線。這些曲線的限製(Dert-ermination)在合適的指定的ASTM方法下會(huì)被覆蓋。彎曲包括暴露表面的拉伸和壓縮特性，並且這些特性間不存在必然性的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，彎曲應(yīng)力應(yīng)變曲線將對(duì)在缺少拉伸和壓縮數(shù)據(jù)時(shí)接觸壓力的預(yù)測(cè)會(huì)更有益。如例子C260所示的那樣，壓縮曲線在強(qiáng)度上比拉伸曲線更高，但這個(gè)相對(duì)的順序不能被認(rèn)為是一般性的。

　　而且，對(duì)於冷軋制材料的管理，彎曲歪斜反應(yīng)常常是相當(dāng)直接的。如圖4.9也表明了C260的各向異性。當(dāng)彈性端子元件被對(duì)齊普通(或垂直)長(zhǎng)條(strip’s)旋轉(zhuǎn)方向時(shí)，可以期待從合金中得到更高的接觸壓力。而且在垂直方向上，拉伸曲線比壓縮曲線更高，在橫向方向上則剛好相反。長(zhǎng)條在橫向和縱向上的相對(duì)強(qiáng)度也由合金與製程所控製。

　　彈性系數(shù)　合金化處理和加工過程只是稍微會(huì)影響銅合金的拉伸與壓縮彈性性能。手冊(cè)中的彈性系數(shù)的數(shù)值範(fàn)圍是在高銅合金和鋅黃銅直到C230上加壓117MPa，和在C260與錫青銅上加壓110MPa所得到的。例如對(duì)於鎳銀合金和C725加壓124-138MPa，含鎳合金比後者具有更高一點(diǎn)的彈性系數(shù)。低硬度合金也具有比其它合金更高的彈性系數(shù)，即對(duì)於老化回火的鈹銅和C7205具有131-138MPa的值。

　　製程在兩方面影響彈性系數(shù)。冷軋制回火的穩(wěn)定韌化依靠合金和回火，易於增加彈性系數(shù)5-7MPa。製程也改變了彈性性能的方向。彈性常數(shù)直接是銅合金之類原料的三次方，不象導(dǎo)電率只是平方。例如C7025有經(jīng)向和緯向上分別具有131MPa和140MPa的彈性系數(shù)。

4.2.4應(yīng)力松弛/接觸壓力穩(wěn)定性

　　對(duì)於連接器可靠性能的關(guān)鍵是當(dāng)它在工作時(shí)，它保持電性導(dǎo)通(transparent)。然而，當(dāng)受拉伸應(yīng)力時(shí)，來(lái)源於在彈性端子原料裡多微孔性的接觸壓力的降低最終可能導(dǎo)致不可接受的接觸阻抗。因?yàn)榘l(fā)生多微孔性的製程是由於受熱引發(fā)的，所以高耐用溫度導(dǎo)致它們發(fā)生不同程度的變化，這依靠於合金和它如何製成。

　　如果端子初始變形超出了彈性變化範(fàn)圍，那麼伴隨任意的原料畸變，接觸壓力在第一次插入後迅速的發(fā)展取決於彈性端子的彈性回複。當(dāng)使用時(shí)，彈性變形隨彈性原料依靠時(shí)間和溫度的多孔性畸變會(huì)部分被回複，從彈性變形到塑性變形的變化結(jié)果會(huì)降低接觸壓力。這種變化稱之為應(yīng)力松弛，它隨溫度的增加而增加。然而應(yīng)力鬆弛不同於發(fā)生在固定不變的端子彈片上的隨時(shí)間變化而應(yīng)力降低的現(xiàn)象，而應(yīng)下意識(shí)地聯(lián)系到在裝配載荷下隨時(shí)間變化而引起的幾何形狀的變化(應(yīng)變)。

　　許多合金在室溫條件和微小溫度變化情況下有足夠的實(shí)用性，但當(dāng)工作溫度增加到80--100度時(shí)， 表中可利用的合金性能會(huì)受到更大的限製。應(yīng)力松弛的阻抗會(huì)受固溶合金元素和其它對(duì)金屬上微量塑性畸變的阻礙而變化，比如細(xì)微的二次散佈合金顆粒和凝結(jié)合金顆粒。

　　檢測(cè)不同銅合金的相對(duì)應(yīng)力松弛的阻抗常常是在懸臂彎曲中進(jìn)行的，最初是在檢測(cè)設(shè)備中施加50%到100%的屈服強(qiáng)度壓力。按最初在制訂的持續(xù)曝光條件下保持的彈性應(yīng)力的百分比數(shù)來(lái)指定穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)。C510的應(yīng)力松弛性能如圖4.10所示。當(dāng)以對(duì)數(shù)坐標(biāo)來(lái)描述時(shí)，應(yīng)力保持?jǐn)?shù)據(jù)是線性對(duì)應(yīng)的。這個(gè)線性特性允許用推斷法去預(yù)測(cè)更長(zhǎng)遠(yuǎn)的性能。檢測(cè)常常持續(xù)充足時(shí)間以確保應(yīng)力松弛特性保持線性或者包括任意可能發(fā)生的直線斜率的變化。

　　圖4.10中的例子也表明冷工作的數(shù)量常用在取得強(qiáng)度上的影響穩(wěn)定性(更大強(qiáng)度的回過火的H08的穩(wěn)定性比H02要低)。在某些場(chǎng)合，因?yàn)榫哂懈�好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，低溫回火能在端子上提供更高的承載能力，甚至低溫回火能使應(yīng)力低於開始狀態(tài)。同時(shí)也應(yīng)該注意到其強(qiáng)度明顯低於初始狀態(tài)，在第一小時(shí)內(nèi)，初值下降得很快也表明了這一點(diǎn)。

　　應(yīng)力松弛特性也可通過最初在漫延-破裂上發(fā)展起來(lái)的雷斯密爾方法而得出。這種方法需要在大範(fàn)圍內(nèi)的雷斯密爾參數(shù)來(lái)決定。該參數(shù)被用來(lái)限製一個(gè)控製曲線，從而估計(jì)保持在任意時(shí)間和溫度組合條件下的壓力。該方法的一個(gè)缺點(diǎn)是假設(shè)了簡(jiǎn)單機(jī)理反映了在一個(gè)決定參數(shù)的溫度範(fàn)圍裡的應(yīng)力松弛。因此，從這種方法中可能得出錯(cuò)誤的結(jié)論；由於應(yīng)力松弛特性受溫度影響，是以該方法的另一缺點(diǎn)仍在爭(zhēng)論之中。

　　低溫?zé)崽幚砟芴嵘龖?yīng)力松弛阻抗。這種處理主要目的是用來(lái)有效避免強(qiáng)度的改變，就象在調(diào)質(zhì)退火的軋制H08的回火而產(chǎn)生HR08一樣。穩(wěn)定性也能是具有方向性的，隨橫向和縱向的性能不同而在退火中變得更明顯，或經(jīng)冷加工而使該差異更為明顯。

　　在某些特定的溫度下，一些合金元素能比其它元素更具有影響力。這種影響的層次相關(guān)於同樣的因素，即列在前面由溶解元素加強(qiáng)的因素。錫在增加了基體百分比後有額外的超過鋅的對(duì)應(yīng)力松弛的影響力。如圖4.11所示，一種含錫8%的青銅合金(C521)比含錫30%的青黃銅(C260)具有更大的應(yīng)力松弛阻抗。同時(shí)要注意到錫青銅具有更高的硬度(730MPa的屈服強(qiáng)度--H08)相對(duì)於C260黃銅(590MPa的屈服強(qiáng)度--H08)。

　　由不同合金元素所提供的溫度穩(wěn)定性也不同。錫青銅能比鋅青銅用在更高溫度的場(chǎng)合。如圖4.11所示，C260處在邊緣，因?yàn)楸３衷?000小時(shí)(折合5周的使用時(shí)間)後，只有低於75%的應(yīng)力存在。青銅在使用溫度上受到限製，不得超過75至100度，而錫青銅和錫黃銅可達(dá)125度。一些散佈層次的高強(qiáng)度合金比黃銅具有更好的穩(wěn)定性，如圖4.12所示，但C151是例外的。

　　在從中溫(105-125度)到高溫(150-175度)的最大的應(yīng)力松弛阻抗對(duì)於結(jié)晶合金是可利用的。以150度調(diào)質(zhì)退火的錫青銅與鈹銅的比較來(lái)看表明了這種影響(如圖4.13所示)。兩種所示的回火合金都具有相近的導(dǎo)電率。

4.2.5  成型性

　　對(duì)於選擇合金材料重要的是在沖壓成型過程中能夠獲得所需要的幾何形狀的能力。按治具的半徑彎曲90度或是更大的角度，也同時(shí)降低厚度來(lái)幫助彎曲定位，都是連接器沖製上常用的。當(dāng)合金充分退火後，絕大多數(shù)成形是可利用的，但在此條件下，強(qiáng)度會(huì)降低。固體溶液的冷軋制和散粒硬質(zhì)合金增加了強(qiáng)度，但卻消耗了成型性能。鑄造方式有效地改變了回火性能，這可能由於它造成的加工硬化而損害了成型性能，或者由於其厚度降低而導(dǎo)致有助於成形。

　　在它們製程中的大量的冷加工所發(fā)展起來(lái)的更高強(qiáng)度的回火結(jié)構(gòu)也可能在一個(gè)方向上比在另一個(gè)方向上表現(xiàn)出更好的成型性能。當(dāng)可能時(shí)，最大的成形能力出現(xiàn)在彎曲軸線垂直於捲曲方向。這個(gè)方向是首選的，因?yàn)樗�常常比另一方向的回火能具有更好的成型性。在這個(gè)方向上的成形稱之為徑向的，因?yàn)樗�指出了隨彎曲的進(jìn)行金屬流動(dòng)的方向。對(duì)應(yīng)到平行於軋制方向的彎曲軸線的成形則稱之為緯向的。緯向彎曲上最小的可接受半徑能比經(jīng)向上更大，特別對(duì)於高溫回火的固溶合金和散佈強(qiáng)化合金。在連接器殼體部分中的90度的彎曲常常朝向窄條導(dǎo)向以利用縱向的成型性。窄條能形成而不產(chǎn)生裂縫的沖模最小範(fàn)圍為由設(shè)計(jì)者和製造商所共同支持的合金窄條所定義，其中的裂縫定義為一不可接受的粗糙表面。材料的工作性能可以從彎曲的最小彎曲半徑(MBR)而得知，由窄條厚度(t)所分割。較小的MBR/t值表明有較好的成型性。

　　圖表4.5中總結(jié)了所選擇合金的相關(guān)成型性。此圖表表明了名義上可拉伸強(qiáng)度其其每一合金可接受的最小彎曲(MBR/t value)在其縱向上和橫向上從1到1.5。在沖壓工具中的實(shí)際性能與此有些不同。此圖表中所示的強(qiáng)度在縱向上較高，這樣與通常此方向上的成型性較好是一致的。此圖表同樣表明了銅合金的一個(gè)與其獨(dú)立的強(qiáng)度來(lái)源相關(guān)的總趨勢(shì)。此固體溶解強(qiáng)化合金可提供一較高的強(qiáng)度，從而能使規(guī)定的最小成型性比固溶合金以及散佈強(qiáng)化合金要小，因?yàn)榇顺尚芜^程與其冷工作下性能的相關(guān)性很小。與此相似，在一組固溶合金中，如C521，其溶解強(qiáng)度為8%時(shí)能提供比C511更高的強(qiáng)度，而C511只有C521含有錫的一半(4%)。同樣地分布強(qiáng)度合金有比純銅高得多的強(qiáng)度。

　　不要忽略在固體溶液中的合金元素其強(qiáng)度可在傳導(dǎo)過程中得到增加。凝結(jié)強(qiáng)化合金能提供較高的傳導(dǎo)性且與其他類型的合金相比在高強(qiáng)度下有更好的成型性。靈活性可從銅模的溶液強(qiáng)化的聯(lián)合中得到，而此銅模與冷加工和沉積變硬結(jié)果將導(dǎo)致強(qiáng)度、研磨過程中的成型性之間的獨(dú)特的平衡。此平衡也在圖表4.5中得到反映。

4.2.6  抗腐蝕性 

　　銅合金通常對(duì)化學(xué)侵襲有較強(qiáng)的抵抗力，所以好經(jīng)常在沒有保護(hù)鍍層的情況下使用。當(dāng)在苛刻的環(huán)境下使用時(shí)，如自動(dòng)化應(yīng)用中，銅合金通常在其表面上鍍一層錫或錫料以提高對(duì)腐蝕的抵抗能力。在這些實(shí)例中，錫或錫料鍍層也用於接觸鍍層表面。銅合金在其它的應(yīng)用性能中所覆蓋的東西更為詳細(xì)。

　　作為連接器應(yīng)用的一個(gè)重要性能，是其局部微觀結(jié)構(gòu)的壓力腐蝕�？梢詫⑵涿枋鰹楦�蝕性的環(huán)境和高彈性的外部拉壓力，將導(dǎo)致對(duì)其的裂縫產(chǎn)生和最終失效。此壓力的存在有一外部根源，如產(chǎn)生於連接器配合過程中，以及內(nèi)部根源(如來(lái)自保持導(dǎo)引線的成形及彎曲的殘餘應(yīng)力。)局部失效模式將在其作用顯現(xiàn)於表面時(shí)被覺察到，並且其沒有顯著的塑性變形。此裂縫路徑位於微粒之間(其可相互作用)，而裂縫可通過紋理結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳播。此裂縫可通過合金與媒介進(jìn)行傳播漫延。

　　要出現(xiàn)壓力腐蝕就必須有如下三個(gè)條件的存在：

　　1.合金必須易受到壓力腐蝕的影響。

　　2.其工作環(huán)境使得此特定的合金易受影響。

　　3.拉伸力的存在。

　　此相關(guān)的幾種合金對(duì)用於連接器的可接受性如圖表4.6中所總結(jié)。此指數(shù)用於在不同環(huán)境下整合其性能的分類。這些工作環(huán)境的範(fàn)圍從輕-中等的工業(yè)環(huán)境到航海的條件以及最惡劣的暴露於潮濕的氨氣中的條件下。此指數(shù)成線性分布從0到1000。

　　最易受保護(hù)的金屬包括鋅，C260包含有30%的鋅是最易受保護(hù)。其作用是產(chǎn)生限制以達(dá)到一個(gè)良性的環(huán)境。而如只含有15%鋅的C230以及含有僅僅較低鋅和附加的鎳(如C770)，其可顯著的增加對(duì)壓力腐蝕的低抗能力。錫-青銅，鎳-硅和鈹-銅合金都是具有較好的抗腐蝕能力的銅合金。銅-鎳合金和高銅合金對(duì)化學(xué)侵襲產(chǎn)生的裂縫將有很重要的保護(hù)作用。

4.2.7 可焊性

　　大多數(shù)銅合金能被錫、錫－鉛合金、以及其他不同的常用於低溫合金的焊料焊接而用於電氣和電子應(yīng)用。從比率圖系統(tǒng)中此相關(guān)的可焊接能力表明，對(duì)一特定的流量來(lái)說其概括了錫和焊料層的性能特性，並且與相關(guān)的容量可消除任何位於材料上的污垢。

　　內(nèi)在的焊接性能通常由可視的樣品檢查來(lái)決定(經(jīng)過軍方標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)規(guī)定)，其通常是溶化並浸入焊料之中經(jīng)過一特定的時(shí)間。一級(jí)品為完全被焊料所浸濕，而三級(jí)品的焊接性為只有50%的被浸濕(殘余物顯示在焊接薄膜上有銅-錫合金的金屬間化合物的產(chǎn)生)。焊接性能在三級(jí)以上或更好的合金適用於大多數(shù)的連接器應(yīng)用。電子應(yīng)用中溶劑的侵入其範(fàn)圍從適度的樹脂(如R型)到逐漸具有活性(如RMA型)。與我們所期望的一樣侵入更多的焊料將會(huì)導(dǎo)致更好的焊接性能級(jí)別。

　　表4.7顯示了當(dāng)使用一種中等活性的助溶劑時(shí)所選合金固有的可焊性。大多數(shù)電連接器合金都具有1至2等級(jí)的可焊性黃銅的可焊性比其它合金差。在可焊性要求很高時(shí)，具有第3等級(jí)可焊性的材料是通過在鍍錫或焊劑的條件下獲得的而不是在溶化的焊劑裡加入助溶劑而製得。

　　錫和焊劑鑄成品被應(yīng)用於銅合金條以確保由該材料製造的成品具有良好的可焊性並保持相當(dāng)時(shí)間及提供抗腐蝕能力�，F(xiàn)在可生產(chǎn)數(shù)種這樣的鑄成品：這些成品被機(jī)械地磨擦或被空氣刀切出一條溶化的路徑，就象電鍍和回流那樣(被加熱或高溫油浸泡溶化)。每種鑄造成品都具其自己的內(nèi)部金屬厚度特性(來(lái)自於底層銅合金與錫的反應(yīng))，合金厚度邊界和公差許可的製造厚度。

　　在室溫倉(cāng)庫(kù)中，即使是沖壓後沒有內(nèi)部金屬階段的電鍍錫鑄件在一個(gè)月後也會(huì)生成20～30微米厚的內(nèi)部金屬層。內(nèi)部金屬階段的形成也表明底層合金與錫或焊劑鑄件之間發(fā)生了金屬原子的擴(kuò)散。合金成分?jǐn)U散到鑄件表面並且當(dāng)這些成分與硫或氧等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成抵抗薄膜時(shí)， 合金成分?jǐn)U散就會(huì)使鑄件的焊接性能下降。一些合金的成分很可能擴(kuò)散到合金表面而形成諸如鋅的反應(yīng)薄膜。Steam-aging和高溫烘烤測(cè)試被用於判斷錫鑄件的品質(zhì)。接觸電阻的增加和焊接性能的下降是內(nèi)部擴(kuò)散和合金成分與周圍大氣反應(yīng)的結(jié)果。

4.3特殊合金性質(zhì)

4.3.1 稀釋銅合金(Dilute Copper Alloys)

　　稀釋銅合金又稱高銅合金，指合金元素含量低於4%的銅合金。作為一組，這些銅合金在所有銅合金中具有最高的導(dǎo)電率和極佳的在一般壓力和高壓力下的耐腐蝕能力。在足夠的成形能力下的拉伸強(qiáng)度被限製在低於大約500Mpa拉伸強(qiáng)度，因?yàn)槠淅�伸�?qiáng)度主要由冷卷(請(qǐng)回憶前面提過的主要用於降低成型性能的冷作硬化)。該合金組在相對(duì)零溫度到80攝氏度(華氏176度)之間提供了很好的對(duì)壓力松馳的抵抗能力。

　　表4.8總述了合金元素含量低的銅合金的典型特性。按合金中合金元素含量的比率來(lái)計(jì)算，上述銅合金的相對(duì)導(dǎo)電率有所下降。合金元素自己也極大地影響了傳導(dǎo)性能，這是其內(nèi)部電子結(jié)構(gòu)因素的結(jié)果。C151是一種也具有最低的合金含量(含0.1%左右的鋯)和最高的導(dǎo)電率的二元合金。該合金通過銅鋯的易擴(kuò)散以與冷作硬化結(jié)合而生成第二階段顆粒而使其強(qiáng)度提高。留有固體溶解物裡的鋯元素含量不超過0.02%。C151的最重要的性能是在高溫下仍具有很高的抵抗壓力釋放的能力，盡管其合金元素含量很低。該合金由於在高溫下具有比其它高銅合金，包括凝結(jié)強(qiáng)化合金，明顯的優(yōu)良性能，因些該合金等級(jí)較高。C151在150攝氏度的高溫下保溫3000小時(shí)後仍具有其初使87%的壓力；然而強(qiáng)度比凝結(jié)合金要低得多。

　　鎂和磷在C155中要反應(yīng)生成磷化物。這些顆粒在通過從溶液中除去鎂和硫而達(dá)到高導(dǎo)電率的同時(shí)增加了冷作硬化的效應(yīng)。該合金也需要加入微量的銀以在低溫回火時(shí)提高防止軟化的能力。C155應(yīng)力鬆弛阻抗在高銅合金中是適度的。

　　低級(jí)別的銻和錫(含於低氧銅或磷再氧化的銅) 也能增加軟化抗力，如C1443和C145。控製殘留的氧對(duì)避免生成防止銻元素提高軟化阻力的銻氧化物藉非常重要的。這些合金的導(dǎo)電率是很高的，因?yàn)榱粼谌芙夂辖鹧e的合金添加物的含量是很小的。這類合金的壓力釋放過程並不特別。

　　C194、C195和C197代表了一組基於鋼和磷組成物變化的合金。強(qiáng)度提高是因?yàn)楫?dāng)這些合金被冷壓以生成調(diào)劑時(shí)用作增加冷用硬化效應(yīng)的磷化物的擴(kuò)散(含有鈷，鋼和鎂元素)。強(qiáng)度和導(dǎo)電率是由添加於C195的溶解強(qiáng)化的錫來(lái)均衡的。在該組基於合金的磷化鋼中，C197提供了最高的導(dǎo)電率，因?yàn)镃197含有在其形成過程中生成的混合鋼和磷化鎂。

4.3.2鋅、錫及改善黃銅(Modified Brasses)

　　銅鋅合金在用作製造工作溫度(環(huán)境溫度或焦?fàn)枱?適中且成本低的電連接器的銅合金中最出名。在這些合金中，C230(含15%鋅)和C260(含30%鋅)恐怕是最常用的了。在相同的成型能力下，C230的強(qiáng)度並沒C260的高(如表4.5所示)，但是這些低合金組成物提供了更高的導(dǎo)電率。鋅黃銅合金(包括C230和C260)的壓力釋放阻力是適度的(表4.9)，這限製了其使用溫度大約在75攝氏度左右(167華氏度)。含有15%或稍少的鋅的黃銅合金也更不易受擠壓腐蝕裂縫的影響。

　　錫銅合金由於比二元銅鋅合金具有更好的強(qiáng)度成型組成物和壓力釋放阻力以及抵抗壓力腐蝕裂縫的能力而顯得更具特色。錫加入物在強(qiáng)度上是可靠的，因此在冷作硬化時(shí)需要降低組成物的含量；更好的成型性能是該舉措最直接的效益。通常含有10%鋅和2%錫的合金C425作為降低錫合金成本的替代物應(yīng)用呈上升趨勢(shì)。C425的導(dǎo)電率與C260不相上下。C425的導(dǎo)電率也比最重要的錫青銅合金要高(下一節(jié)將對(duì)此討論)，但成型性能並設(shè)有錫青銅那樣好。C425的壓力釋放阻力也要比上述鋅青銅合金好，這允許它應(yīng)用於達(dá)到125攝氏度(257華氏度)高溫的環(huán)境中。

　　鐵，鈷，鋁及矽等合金加入物和銅鋅組成物進(jìn)一步改善了原本已經(jīng)高度易成型的基本黃銅合金的一些重要特性。C664(表4.9)中的鐵和鈷是擴(kuò)散的粒子加入物並將導(dǎo)致在與C260相同的強(qiáng)度水準(zhǔn)下獲得更高的成型性能。合金C664很可能在需要更高強(qiáng)度的應(yīng)用中作為C260的潛在替代物。

　　鋅黃銅(C688)的鋁和鈷等加入物混合了來(lái)自對(duì)呈現(xiàn)的鈷鋁合金進(jìn)行更有效的冷作硬化以獲得精煉粒子(10微米以下)的強(qiáng)化功效。該結(jié)果是得到一種易成型的合金，該合金提供了不經(jīng)凝結(jié)強(qiáng)化的可得到的最高強(qiáng)度。表4.9列出了相對(duì)於其它鋅銅合金的鋁擴(kuò)散強(qiáng)度合金的特性。值得注意的是作為冷作硬化的高效能的組成物，需要更少的工作即可達(dá)到所需強(qiáng)度，成型性能在橫向與縱向是一樣的(參閱表4.5)。與隨後說明的凝結(jié)硬化合金不同，C668合金及大多數(shù)其它黃銅合金的壓力釋放阻力被限製應(yīng)用於低於100攝氏度(含錫合金C425除外)的條件。

4.3.3錫青銅

　　粗糙的錫青銅也指磷青銅，因?yàn)榧尤氲牧?含量在0.03到0.35之間)是為了使金屬還原和達(dá)到更好的流動(dòng)性。含量在1%到10%之間的錫通過溶解硬化和增加錫元素給予銅的(表4.10)加工硬化率而達(dá)成強(qiáng)度提高。商業(yè)上最重要的錫青銅合金是C510和C521。C510合金是最常用的錫青銅合金，當(dāng)更高的強(qiáng)度/成型能力組成物成為必要時(shí)，常使用成本稍高的C521合金。後者高出的成本是由加入的金屬基本成本和加入的錫影響熱加工而提高的成本組成。含錫量高的青銅必須鑄成條狀，因此防止大部分成本，熱壓碎成為了可能。

　　源於更高的錫的充許範(fàn)圍的強(qiáng)化處理被低導(dǎo)電性所抵銷，如表4.10所顯示的。因而錫銅合金不適用於高電流接觸，而應(yīng)用於電信號(hào)傳輸上更好。錫銅對(duì)伸縮的抵抗力直到接近125度都有良好的特性。對(duì)更高溫度時(shí)的穩(wěn)定性要求已促進(jìn)了錫銅合金向凝結(jié)強(qiáng)化合金的轉(zhuǎn)化。

　　錫銅合金有良好的成型性。例如，因?yàn)閷?duì)強(qiáng)度的冷處理要求更少，C521比C510能提供更好的成型性。因此，對(duì)於相同的強(qiáng)度C521的應(yīng)力鬆弛阻抗力比C510更優(yōu)。典型地，通過提高冷處理次數(shù)對(duì)C510的強(qiáng)化處理稍微減小了其伸縮抵力，但可通過減輕退火度得到提高。

與其說錫銅的應(yīng)力腐蝕抵抗力受到影響不如說錫的抵抗力提高。在個(gè)觀點(diǎn)上，錫銅與鋅銅的區(qū)別在於鋅抵抗力的提高對(duì)  應(yīng)力腐蝕敏感性提高有極深地影響。

4.3.4 鋁與矽銅

　　鋁銅包括含有矽、鐵、鈷、或其它附加於銅-鋁基材的元素的合金。用於電連接器上的矽銅合金，含有錫及其它附加於銅矽基材中的元素。該組合金中對(duì)電連接器有重要商業(yè)意義的例子如表4.11所示。

　　C638，含有鋁及更少量的鈷和矽，可以同時(shí)提供很高的強(qiáng)度及良好的成型性。精細(xì)散布的鈷矽化物，具有很小的粒子，包含在該合金中對(duì)其硬度有一定影響。該合金在拉力達(dá)到近700Mpa時(shí)仍保持了相對(duì)成型性。C638的應(yīng)力鬆弛阻抗力比較適中，限制其利用的溫度為75度左右或更低。

　　C654是一種固溶且經(jīng)過冷軋的合金，其能提供與C510在125度（最高的推薦應(yīng)用溫度）時(shí)相同的應(yīng)力鬆弛阻抗力。C654的成型性在690Mpa拉力作用下比C510更優(yōu)，盡管其導(dǎo)電性大約只有後者的一半。與C510一樣，C654實(shí)質(zhì)上不受應(yīng)力腐蝕分裂的影響。

4.3.5錫與含鋅的銅鎳合金

　　大多數(shù)重要的用在電連接器上的銅-鎳固溶合金有C725，C762，C770。其中，C725因?yàn)橹械葟?qiáng)度條件下良好的成型性，適中溫度時(shí)良好的伸縮性，以及很好的腐蝕抵抗力而應(yīng)用最多（表4.12）。

4.3.6凝結(jié)強(qiáng)化合金

　　溫度升高時(shí)，高強(qiáng)度、良好成型性、優(yōu)良的應(yīng)力鬆弛阻抗力、以及適中的導(dǎo)電性最有利的適中結(jié)合，從那些能夠通過熱處理得到強(qiáng)化的合金中實(shí)現(xiàn)。該組合金突出的特性在第4.2.2節(jié)中已經(jīng)討論。

　　主要的凝結(jié)銅合金以鈹（與鈷或鎳結(jié)合）或鎳（與矽或錫結(jié)合）。這些合金與電連接器相關(guān)的可能用到的性能總結(jié)在表4.13中。

　　所有銅合金中能夠加熱處理到最高強(qiáng)度的含鈹合金是C172。鈷的加入是為了通過高溫溶合退火步驟中形成粒子周圍的鈷鈹化合物而控制微粒的大小。在其最高強(qiáng)度及應(yīng)力鬆弛阻抗力時(shí)，鈷有很差的成型性。在需要最高性能的情況下，合金料帶（the alloy strip）在熱處理達(dá)到其最高強(qiáng)度前，首先從溶化處理或溶化處理狀態(tài)下的冷軋回火形成部件。經(jīng)常，冷軋餘熱淬火料帶，用於表示強(qiáng)度與成型性之間的平衡。應(yīng)力鬆弛阻抗力也考慮冷軋料帶的優(yōu)點(diǎn)但是其不如高強(qiáng)度狀況下穩(wěn)定。正如第4.2.2節(jié)中所提到的，因?yàn)樾枰�移走熱處理過程中形成的鈹氧化物，也可能為避免變形而需要移走設(shè)備，故部件熱處理會(huì)產(chǎn)生附加的加工成本，在性能與最終的決定條件（final aged condition）總結(jié)在圖4.4中。

　　C175，C172中稀釋鈹?shù)男问�，在壓延回火（mill-hardened tempers）過程能提供更高的導(dǎo)電性，但缺少可成型性。為了降低金屬成本而實(shí)質(zhì)上不影響金屬的性能，C175已被C1751所替代，而C1751中的鎳被鈷所替換。C175中鈹與鈷的容量進(jìn)一步減少到一定程度已經(jīng)被作為C1741介紹過，C1741只有在壓延條件下才是可用的。但是後者在強(qiáng)度輕微下降的同時(shí)，卻有更好的成型性。

　　加入銅鎳基材合金中的矽通鎳矽氧化物的凝線導(dǎo)致足夠硬度的合金。訪組中的合金[C7025（其也包含有鎂）及C7026]因?yàn)樵谶m中導(dǎo)電性時(shí)有良好的強(qiáng)度/成型性而有貴金屬性。C7025對(duì)溫度升高有相適配的抵抗力和其它可與稀釋鈹銅相競(jìng)爭(zhēng)的性能。C7025的應(yīng)力腐蝕抵抗力與高抵抗力的磷銅合金。

　　加入銅-鎳基材中的錫，根據(jù)合金的成份和熱處理，能提供與C172幾乎相同的強(qiáng)度。該組中最強(qiáng)的含錫合金是C729。這些合金主要的強(qiáng)化處理是一種被稱為旋節(jié)分解（spinodal decomposition）的精煉凝結(jié)。該組合金中鎳與錫的含量範(fàn)圍從最高的C729（15%的鎳及8%的錫）到C7265（8%的鎳及5%的錫）。更為稀釋的成份，如4%鎳-4%錫（C726），和9.5%鎳-2.3%相對(duì)的錫（C725）不能通過凝結(jié)熱處理得到強(qiáng)化。C729據(jù)報(bào)告在高溫工作環(huán)境中可提供非常好的應(yīng)力鬆弛阻抗，例如暴露在200度環(huán)境中1000小時(shí)能保持90%的初始?jí)毫�。�?/SPAN>C7625經(jīng)過相同的條件強(qiáng)度有輕微降低，穩(wěn)定性也有些下降，同時(shí)可保持80%的壓力。C7265與C729是該組中最常用的合金。但是，因?yàn)橹瞥碳敖饘俪煞莸某杀�，使得它們很成本很高；且后者因�(yàn)檩^差的熱性能通常通過粉末壓合來(lái)加工。像鈹銅一樣，鎳-錫合金在冷軋回火（為了增加形成后的壽命）及壓延回火也是可用的。

4.4 相關(guān)成本因素

對(duì)選定的高容量（high-volume）的商業(yè)銅合金的定價(jià)如圖4.14所示，實(shí)際的價(jià)格根據(jù)銅與各自合金成份的價(jià)格、定購(gòu)數(shù)量、容許的尺寸要求，以及金屬供應(yīng)商的不同而有所不同。鋅銅是最不昂貴的，因?yàn)闅v史上鋅的價(jià)值比銅低。更高的錫及鎳的價(jià)格反應(yīng)到錫銅合金及含鎳銅合金的價(jià)格更高。含鈹成份，此處通過C172和C1751非獨(dú)有的成份來(lái)代表，歷史上已經(jīng)成為銅合金中最昂貴的銅合金，而C172是最昂貴的銅合金。大多數(shù)很高的鎳錫合金、凝結(jié)硬化合金（precipitation-hardenable alloy）的定價(jià)都以C172為參照。

第五章　連接器用工程熱塑性材料

工程塑膠由於具有良好的韌性、尺寸穩(wěn)定性、高阻抗、化學(xué)抗蝕力、短期熱穩(wěn)定性及長(zhǎng)期抗老化性之類的關(guān)鍵特性，因而逐漸成為許多連接器供應(yīng)廠商的主要原材料。近年來(lái)，連接器的生產(chǎn)及開發(fā)技術(shù)趨勢(shì)極大的改變了市場(chǎng)。隨著高密封裝和微元化趨勢(shì)的流行，今天的連接器設(shè)計(jì)要求在更小的空間里實(shí)現(xiàn)更高的性能，因此表現(xiàn)出更薄的壁厚。塑膠原料應(yīng)能滿足在更長(zhǎng)的連接器本體上填充薄壁的設(shè)計(jì)，並能保持原有的性能，同時(shí)也滿足成本與生產(chǎn)工時(shí)的需求。  

人們現(xiàn)在正在研制流動(dòng)性更好的塑膠原料來(lái)滿足薄壁的要求，並且允許更快的生產(chǎn)循環(huán)時(shí)間。今天，在製造週期和隨後的成型生產(chǎn)週期里，塑膠一直被暴露在高溫條件下。例如，在高密度的電路板上安裝更小的元件，已逐漸採(cǎi)用表面粘著技術(shù)，可用更低的價(jià)格提供一個(gè)更可靠的集成電路板。在連接器工業(yè)上這種明顯的趨勢(shì)要求連接器材料具有更好的高溫性能、更小空間里的耐壓性能，並且具有更低的成本。

由於連接技術(shù)不斷地更新，所以連接器設(shè)計(jì)也不斷地在變化。隨之爾來(lái)的是，對(duì)連接器用塑膠原料性能的要求也極大地變化著。事實(shí)上，對(duì)連接器用塑膠，連接器的設(shè)計(jì)人、製造商和最終用戶都正不斷提出新的特點(diǎn)與更高的特性要求，即在這些關(guān)鍵的地方同時(shí)具有良好的溫度及物理性能。

連接器本體具有下述的功能：

     *兩兩接觸的電絕緣性能。

     *提供一定的接觸的機(jī)械支持。

     *為可分離或永久式連接界面提供機(jī)械的/尺寸的穩(wěn)定性

     *在任何使用環(huán)境下保持需求的性能

在合理成本潮流下，以上要求應(yīng)當(dāng)被滿足，其中每一個(gè)問題都將在本章中闡述。連接器製造廠商一直努力以最低廉的成本來(lái)提供最好性能的連接器，然而最終用戶卻想以最低的價(jià)格買到最好的連接器。

連接器本體的性能，很大程度上依賴於所使用的工程塑膠的物理特性。連接器本體必須具有良好的物理特性和製造性能。聚合物必須提供良好的韌性和尺寸穩(wěn)定性，同時(shí)具有高阻抗和絕緣之類的電氣性能。聚合物也應(yīng)當(dāng)滿足最終使用的需求，例如：化學(xué)抗蝕力、阻燃性、短期熱穩(wěn)定性、長(zhǎng)期抗老化能力及其它成型性能。而且韌性和沖擊性能之類的性能在一定的環(huán)境里會(huì)減弱。這樣一些性能是塑膠所固有的，但常常加入添加劑以達(dá)到特別的性能水平。典型添加劑包括滑石和玻璃纖維，它們能改善塑膠的物理特性，並能有助於阻燃（參見5.3.1部分）。玻璃纖維添加劑能改善模具薄壁部分的填充能力。云母和滑石提供改進(jìn)尺寸上的穩(wěn)定性的功效，尤其在半晶體聚合物，為增加流動(dòng)與潤(rùn)滑，還可加入其它一些添加劑。

對(duì)連接器原料來(lái)說，化學(xué)抗蝕力和熱穩(wěn)定性是關(guān)鍵的性能。在過去幾年里，這是千真萬(wàn)確的�，F(xiàn)在，當(dāng)成型過程和最終使用時(shí)，它要達(dá)到這樣的水平，即連接器原料應(yīng)適應(yīng)不斷被暴露在各種化學(xué)環(huán)境中的工作要求。

本章的目的是在工程師和設(shè)計(jì)人員在做原料選擇時(shí)，提供使用在電子行業(yè)中的絕緣原料的信息，協(xié)助它們作出決定。這些信息，在連接器行業(yè)顯得尤為重要，因?yàn)檎�在使用塑膠原料的電機(jī)和電子工程師，可能需要一些基本的知識(shí)關(guān)於有實(shí)用性的原料、原料特性、適用範(fàn)圍、強(qiáng)度和弱點(diǎn)，及其各部分之間的相互依存關(guān)係。

由於自身的性能特點(diǎn)，人們長(zhǎng)期以來(lái)一直在各類連接器設(shè)計(jì)時(shí)採(cǎi)用這些工程塑膠。最近的原料簡(jiǎn)介更進(jìn)一步地增加了使用性設(shè)計(jì)的選擇權(quán)。本章也注意到通用性設(shè)計(jì)的考慮，所以包括了一個(gè)附加的破壞性能討論。

自從各種形狀、尺寸、顏色及功用的連接器問世以來(lái)，對(duì)於零部件原料的要求可能是具有挑戰(zhàn)性的。在決定做連接器本體用的原料上，連接器的最終使用及其在生產(chǎn)階段經(jīng)歷的成型過程中扮演了重要的角色。

對(duì)於製造係統(tǒng)，隨著在更小空間里負(fù)載電流要求的與日俱增，在電子行業(yè)里的一個(gè)主要發(fā)展趨勢(shì)是不斷朝微元化和更好更多的功能方向發(fā)展。不久前，典型的端子觸點(diǎn)間的端子容室在100～156mils之間，而今天，它通常只有50mils，隨之而來(lái)的是圍欄厚度減到5～10mils，所以連接器本體的薄壁部分成了關(guān)鍵點(diǎn)。對(duì)於每一個(gè)薄壁圍欄，具有良好的尺寸穩(wěn)定性，同時(shí)保持所需絕緣性的特殊原料很重要。它還要以更快的成型時(shí)間去填充模腔各部分，以提高產(chǎn)能。

決定聚合物的另一重要因素是聚合物的分子量（MW）。聚合物由何種方法製成及保管決定了分子量。分子量能影響粘度、物理性能和熱容量性能。分子量的分配，在聚合物內(nèi)部，決定內(nèi)鏈的長(zhǎng)度範(fàn)圍，也隨製程的變化，對(duì)以上性能產(chǎn)生明顯的影響。

聚合物內(nèi)鏈分子量決定粘度或原料的流動(dòng)性。因?yàn)榉肿恿坑绊懥藘?nèi)鏈運(yùn)動(dòng)和內(nèi)網(wǎng)，這能極大的改變粘度或原料的流動(dòng)性。聚合物內(nèi)鏈必須具有一特定的長(zhǎng)度，才能形成內(nèi)網(wǎng)，從而限制內(nèi)鏈的相互移動(dòng)。因此，同樣基體的高分子聚合物較低分子聚合物具有更低的流動(dòng)性和更高的粘度。

物理性能如延展長(zhǎng)度也受分子量的影響。對(duì)於低分子聚合物，延展壓制的可能性為零。但隨著分子量的增加，延展長(zhǎng)度將會(huì)增加，且到一定水平會(huì)斷裂，具有一個(gè)近似的最大延伸長(zhǎng)度。正如在晶體聚合物部分的討論，形成晶體物質(zhì)的必要條件是一種聚合物必須達(dá)到一特定分子量或內(nèi)鏈長(zhǎng)度，從而使內(nèi)鏈排成直線。依靠化學(xué)藥品，高分子聚合物能比低分子聚合物提供更多的機(jī)會(huì)。晶體延遲了性能的改善，例如充模能力和化學(xué)抗蝕力。一般說來(lái)，隨著分子量的增加，機(jī)械強(qiáng)度和熔融粘度性能會(huì)增加，但流動(dòng)性和製程能力下降；同時(shí)隨分子量分配範(fàn)圍變大，流動(dòng)充模能力和熔化強(qiáng)度增加；隨著分子量分配範(fàn)圍變小，抗沖擊強(qiáng)度增加，但warpage流動(dòng)性和製程能力下降。

總之，分子量的增加會(huì)導(dǎo)致機(jī)械性能的增強(qiáng)。是以，大多數(shù)聚合物的分子量介於一萬(wàn)到一百萬(wàn)之間。除非至少可獲得分子量為一萬(wàn)的聚合物，否則強(qiáng)度性能得不到改善。此外，分子量也能影響製程流動(dòng)性和聚合物別的一些物理性能，如抗沖擊強(qiáng)度和延展長(zhǎng)度。

5.1 聚合物結(jié)構(gòu)

對(duì)於理解關(guān)於一特定連接器所使用的塑膠而作出的恰當(dāng)?shù)倪x擇，了解聚合物的結(jié)構(gòu)常識(shí)是必要的。從一個(gè)微觀觀點(diǎn)來(lái)考慮，聚合物可畫分為兩類：無(wú)定型聚合物和晶質(zhì)聚合物。

5．1．1非晶體聚合物

非晶體聚合物由聚合物內(nèi)鏈組成，這些內(nèi)鏈以一個(gè)隨機(jī)無(wú)序的形式排列。在這里把它們看作為一碗意大利麵條，如圖1所示。相對(duì)晶體聚合物，非晶體聚合物被認(rèn)為有更寬的熔解範(fàn)圍、更低的收縮率、更低的warpage和更低的流動(dòng)性。它們具有良好的延展性、抗沖擊強(qiáng)度及尺寸穩(wěn)定性。這些原料包括了非晶體聚合物範(fàn)圍，且它們所擁有的大量物理和機(jī)械性能，具有很強(qiáng)的溫度依賴性。低溫時(shí)，非晶體聚合物是玻璃質(zhì)的，堅(jiān)硬但易碎。隨著溫度的增加，非晶體聚合物超過了自身玻璃質(zhì)轉(zhuǎn)換溫度Tg，加熱到該溫度時(shí)，聚合物結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向橡膠質(zhì)(在冷卻時(shí)，轉(zhuǎn)化為玻璃質(zhì))。在Tg溫度上，聚合物將失去明顯的自身所有的機(jī)械性能，如圖5.2所示，in modulus shown 這些性能會(huì)急劇下降。因此，當(dāng)以非晶體聚合物原料來(lái)設(shè)計(jì)連接器時(shí)，考慮大致的使用溫度是首要的。關(guān)於非晶體聚合物有聚苯乙烯和聚碳酸酯等。

5.1.2. 晶體聚合物

通常所說的晶體聚合物指半晶體聚合物並包括晶體、非晶體聚合物範(fàn)疇，而非晶體聚合物只包括非晶體聚合物。晶體聚合物被推斷以圖5.3所示結(jié)構(gòu)有序的排列。隨著早期的推斷。晶體聚合物被想象成一碗混合了煮熟的和直硬未熟的意大利面條。這種有序通常是由于聚合物內(nèi)鏈有這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)，可讓它們排成直線並聚集形成晶體範(fàn)圍。直線型態(tài)由這樣的幾何特征而來(lái)，並被在聚合物內(nèi)鏈間形成的低能量化合物所保持這些低能量化合物如氫合物等。中間鏈的結(jié)合依靠?jī)?nèi)鏈長(zhǎng)(即分子量)，這就是為什麼分子量是如此重要的塑膠原料參數(shù)的原因。塑膠原料里晶體的百分比由聚合物類型(化學(xué)組成)所決定，它也影響著內(nèi)鏈主鏈的柔韌性，和能促進(jìn)結(jié)晶的可能的內(nèi)鏈反應(yīng)。例如：尼龍內(nèi)鏈有能力形成氫合物，因此在聚合物內(nèi)促進(jìn)了結(jié)晶。聚酯也能形成氫合物，並影響構(gòu)成聚合物內(nèi)鏈的化學(xué)單元長(zhǎng)度，因此促進(jìn)了結(jié)晶。

晶體聚合物sharper 熔點(diǎn)和玻璃質(zhì)轉(zhuǎn)化溫度，比起無(wú)定型聚合物具有更高的係數(shù)和抗拉強(qiáng)度。盡管它們的抗沖擊性能低於那些非晶體聚合物，但通常認(rèn)為晶體聚合物具有良好的化學(xué)抗蝕力。

在熔融狀態(tài)，晶體聚合物也是非晶體的；也就是說，聚合物內(nèi)鏈以隨機(jī)的方向排列。但隨著熔液的冷卻，內(nèi)鏈開始直線排列並形成晶體聚合物。直線型式可促使先前提到的係數(shù)和化學(xué)抗蝕力的加強(qiáng)。

通常，原料晶體的性質(zhì)能對(duì)連接器元件的制程和物理性能施加一個(gè)可預(yù)測(cè)的影響。隨著成型過程所使用的成型方法及添加進(jìn)基體塑膠的化合物的變化，晶體也隨之變化。隨著晶體百分比的增加，機(jī)械性能也增強(qiáng)。圖5.4表示了一典型的應(yīng)力－應(yīng)變曲線。當(dāng)晶體增加時(shí)，如前敘，隨晶體百分比的增長(zhǎng)，屈服點(diǎn)和主要的強(qiáng)度會(huì)提高。被作為一種衡量硬度的尺度的彈性的模量(應(yīng)力對(duì)應(yīng)應(yīng)的比率)也在增加，但晶體的增長(zhǎng)通常會(huì)造成原料韌性的下降。而內(nèi)鏈的直線排列和前述的中間鏈聚合，引起了機(jī)械性能的提高。在聚合物的機(jī)械性能上，晶體的增長(zhǎng)具有明顯的影響。晶體聚合物主要有乙烯聚合物的氯化物（PVC），尼龍和聚酯，例如：聚乙稀、對(duì)苯二酸鹽（PET）和聚丁烯（PBF）。 

．工程塑膠原料

現(xiàn)在這將有助於詳細(xì)調(diào)查一些使用頻率很高的連接器原料。這些原料將根據(jù)它們是否屬於晶體或非晶體聚合物而劃分為兩大類。

5.2.1　非晶體聚合物

丙烯晴－丁二烯－苯乙烯（ABS）　ABS由一係列的有時(shí)被用於低要求連接器運(yùn)用場(chǎng)合的配方構(gòu)成。盡管ABS具有良好的沖擊性能，并且相對(duì)比較便宜，但它對(duì)有機(jī)溶劑幾乎沒有抵抗力，一經(jīng)暴露在這類環(huán)境下，它就會(huì)變脆。ABS也不具有長(zhǎng)期的熱穩(wěn)定性。ABS也不具有長(zhǎng)期在高溫環(huán)境中的使用性能，因此不能適用於一些高要求的連接器運(yùn)用場(chǎng)合。ABS還具有良好的機(jī)械性能、熱和化學(xué)的抵抗力、良好的耐久性、高沖擊強(qiáng)度及磨損抵抗力。

聚碳酸鹽酯（PC）　PC是具有良好尺寸穩(wěn)定性和沖擊強(qiáng)度的非晶體聚合物。當(dāng)運(yùn)用上需要時(shí)，它的透明也很有價(jià)值。PC 也具有相對(duì)較高的加熱性能和1500度的熱變形的溫度。但它不具備良好的化學(xué)抗蝕力，而且在有機(jī)溶劑中可能會(huì)被裂解。它具有良好的電性能，本質(zhì)上是自衰的。PC和其它合成橡膠、熱塑性聚乙烯、ABS磺化聚合物混合的特性是可利用的，並可提供改善的低溫韌性和製程性能。

Polyphenylene（PPO）　由於處理和成型簡(jiǎn)單聚合物的困難，PPO典型被用在改變混合形式上。連接器場(chǎng)合上大部分的混合是隨高沖擊強(qiáng)度的聚苯乙烯（HIPS）或尼龍而變化，並是玻璃質(zhì)增強(qiáng)的。這些混合能阻燃以達(dá)到UL 94-VO易燃品表單要求。PPO和它的混合物具有良好的溫度係數(shù)和一定的化學(xué)抗蝕力（它對(duì)酸性和堿性環(huán)境具有良好的抵抗力，但會(huì)溶解一些芳香醇和氯化溶劑）。在一個(gè)大範(fàn)圍的濕度和溫度條件下，該等聚合物具有低的吸水率和良好的電氣性能。然而，PPO不具有類似聚乙烯的良好的流動(dòng)性，故無(wú)法使用在薄壁連接器上。

聚眠甲烷　市場(chǎng)上有許多價(jià)格與性能差異很大的聚眠甲烷。這些原料具有良好的加熱性能尺寸穩(wěn)定性能，但是對(duì)有機(jī)溶劑幾乎沒有抵抗力，尤其是對(duì)氯化的碳化氫。它們具有高的受熱斜向溫度、良好的尺寸穩(wěn)定性、良好的爬行阻抗及好的電性連接性能。聚眠甲烷本身具有良好的阻燃性，並具有相對(duì)較高的受熱性能。

Polyetherimide(PEI)　PEI是一種高溫非晶體原料。它通常用在需要較高受熱阻抗或尺寸穩(wěn)定性條件下。它具有符合UL94-VO的阻燃係數(shù)。PEI是一種高穩(wěn)定的聚合物，它可以被研磨及通過復(fù)合途徑使用。它具有良好的UV和γ射線阻抗。在沸水中浸泡10，000小時(shí)后它還能保持85%的拉伸強(qiáng)度。在不同溫度、濕度、頻率條件下，PEI具有良好的電氣性能。它的散布對(duì)於微波是透明的。對(duì)於波峰焊和氣焊製程的PEI的阻抗也是通用的，這使它特別在電性運(yùn)用上引人注意。PEI主要的不利因素在於它的成本很高、製程溫度高、流動(dòng)性差。

Polyether ketone(PEK)　PEK是一種相當(dāng)貴的原料，它被用於高溫場(chǎng)合。該原料由於固有的磨損和疲勞阻抗而具有良好的化學(xué)性能和抗腐蝕性能。只有濃縮無(wú)水的或是強(qiáng)酸才能對(duì)它起作用。酮唯一可溶於酸。它們對(duì)於熱水分解具有很高的抵抗力。酮有時(shí)也會(huì)發(fā)生翹曲，這可以被鑄造克服。酮類聚合物具有高達(dá)3000度的熔點(diǎn)。它們具有低煙率並在整潔環(huán)境裡通過了UL的94-VO的測(cè)試。酮類聚合物是具有一定韌性、強(qiáng)度、硬度和高沖擊強(qiáng)度和負(fù)載承受能力的。酮類聚合物會(huì)受UV的影響，但在一個(gè)大的溫度範(fàn)圍裡對(duì)α、β、γ射線具有高的抵抗力。

5.2.2　晶體聚合物

Polyoxymethylenes（縮醛）　縮醛是具有良好流動(dòng)性和類似對(duì)有機(jī)溶劑的化學(xué)抵抗力一樣好的製程性能的半晶體聚合物，但它們當(dāng)暴露於強(qiáng)酸作用下時(shí)，會(huì)發(fā)生退化�？s醛固有的缺點(diǎn)是不具有阻燃性，因此它們?cè)谑褂蒙鲜艿较扪u�？s醛具有在長(zhǎng)時(shí)期大範(fàn)圍裡保持良好的機(jī)械、化學(xué)、電子性能結(jié)合的能力。它們對(duì)承受負(fù)載和疲勞具有良好的抵抗力。對(duì)於在2000度高溫下使用，也具有較高的熱抵抗力，並具有很好的水穩(wěn)定性。這些塑膠是堅(jiān)硬的、牢固的和具有良好韌性的。

聚乙烯　在電子工業(yè)領(lǐng)域，有許多原料是聚合物內(nèi)鏈的酯結(jié)合，因此都屬於工程塑膠的聚乙烯家族。許多標(biāo)準(zhǔn)連接器由聚乙烯組成是因?yàn)樗�能提供良好的流�?dòng)性、很光滑並具有良好的溶解抵抗力。這些原料主要是PBT、PET和PCT。選擇這些玻璃增強(qiáng)劑的性能被納歸納在表5.1中。簡(jiǎn)單的樹脂不同於化學(xué)合成的，故也由於該不同而造成具有不同的性能 ，如表5.2中所示�；�於用來(lái)製造不同聚合物的單體，聚合物的內(nèi)鏈會(huì)被改變。結(jié)構(gòu)的不同會(huì)影響到化學(xué)性能、熔點(diǎn)(Tm)、晶體百分比和其它一些性能。晶體的變化會(huì)在物理性能、化學(xué)抵抗力和其它一些原料的重要性能上產(chǎn)生很大的影響。聚乙烯的半晶體原料，很容易在成型時(shí)收縮。

PBT具有良好的化學(xué)阻抗性能，此外還具有不受濕度影響的電氣性能。它也不受水、弱酸及其通用有機(jī)溶劑的影響。

PET具有高的強(qiáng)度、韌性、尺寸穩(wěn)定性、化學(xué)和熱抵抗力及其一些其它的性能。它PBT對(duì)水和製程中的水的百分比更敏感，這會(huì)導(dǎo)致成型聚合物的退化。不填充PET的成型收縮率是2%，但當(dāng)加入30%的纖維添加劑後，收縮率只有0.1%到0.3%。

PCT具有285度的熔點(diǎn)，相對(duì)PBT的225度和PET的255度，更高的溫度阻抗使它更易於在表面安裝電子元件。PCT主要的缺點(diǎn)是它的製程窗口由於很小的熔解和退化溫度跨距而很狹窄。但它也有很好的物理、化學(xué)、電子、機(jī)械和熱性能。

PBT比PET和PCT更牢固。當(dāng)SMT不成為問題時(shí)，良好的流動(dòng)性和牢固的晶體使PBT聚合物用在很多連接器上。這實(shí)質(zhì)上是允許更快的循環(huán)時(shí)間，因?yàn)樗�能更快地填充模具並成型。PET是低晶體並因此導(dǎo)致更長(zhǎng)的成型時(shí)間，這會(huì)延長(zhǎng)循環(huán)周期。PCT具有和PBT大致相當(dāng)?shù)木�體百分比，但更慢的晶體化過程而導(dǎo)致更慢的循環(huán)周期。PET和PCT型由於它們的高熔點(diǎn)而需要更高的成型溫度。這類聚乙烯通常被用作絕緣原料，而且受所需的化學(xué)抗蝕力、溫度決定，並且PBT在使用中佔(zhàn)很大比重。

Polyphenylene sulfide（PPS）　PPS是具有良好流動(dòng)性和受熱能力的半晶體聚合物。它具有良好的流動(dòng)製程性能並能填充複雜連接器設(shè)計(jì)的薄壁部分。大部分的PPS原料和混合物是下班露出增強(qiáng)劑，這是因?yàn)樗�的�?jiǎn)單構(gòu)造。它在成型中不易碎並不會(huì)閃光。PPS通常用在需要高溫的PCT上。PPS固有阻燃性，但它的價(jià)格限製了它的使用。PPS被UL 94-VO評(píng)定過。當(dāng)玻璃纖維增強(qiáng)後，PPS可持續(xù)使用在2000度的的溫度等級(jí)裡。PPS在大的溫度和濕度範(fàn)圍裡也具有很好的電氣性能。

Polyamide（PA）　PA最常見的是尼龍，可以有很多種。依靠所使用的單體，原料在性能和成本上有很大的變化。表5.3和表5.4中分別提出了選擇簡(jiǎn)單和填充尼龍樹脂的性能 。大部分尼龍是半晶體聚合物。尼龍能夠隨使用的添加劑和混合物的不同而發(fā)生很大的原料性能變化。尼龍的流動(dòng)性也會(huì)發(fā)生變化，因此能被用在各種需要高強(qiáng)度和係數(shù)的場(chǎng)合。但是通常尼龍需要添加添加劑和強(qiáng)度添加劑。尼龍具有良好的韌性和水解穩(wěn)定性。它們具有長(zhǎng)期老化性能但不具有阻燃性。使用尼龍的缺點(diǎn)是收濕性；它所吸收的濕氣會(huì)隨溫度和濕度的變化而發(fā)生變化，因而會(huì)導(dǎo)致聚合物矩陣的延伸。但通過烘干，條件是可逆的。由於這個(gè)原因，一些PA不適合應(yīng)用於要求三維尺寸穩(wěn)定性的場(chǎng)合中。吸濕性也影響了一些性能，例如它增加了翹曲和沖擊強(qiáng)度但減少了拉伸強(qiáng)度。聚合物的電氣性能對(duì)於濕氣和增加了水分後的變質(zhì)很敏感。尼龍對(duì)於烴和芳香族化合物具有很強(qiáng)的化學(xué)抵抗力，但受強(qiáng)酸、堿、酚的影響。在一定的持續(xù)時(shí)間和暴露強(qiáng)度下，提高溫度和超聲波照射(UV)都將使尼龍退化。

液晶聚合物（LCP）  液晶聚合物包括大量的樹脂，樹脂在熔解和固體時(shí)其結(jié)構(gòu)均顯示出了很高的硬度，在薄的部分也是這樣。它們同樣顯示了較高的溫度穩(wěn)定性和化學(xué)抵抗性能。用於連接器工業(yè)中的液晶聚合物通常為含酯類酸的聚脂類液晶聚合物材料。液晶聚合物具有很好的機(jī)械和熱性能同時(shí)還具有較好的流動(dòng)性。因此它們用於薄壁應(yīng)用中。如果連接器上端子之間的距離很小時(shí)就應(yīng)該考慮使用LCP，因?yàn)長(zhǎng)CP的流動(dòng)性比PPS的要好四至五倍。在流動(dòng)方向上的塑造收縮只有千分之一英吋的大小。LCP可歸為改善的熱塑性塑料一類，在表面安裝的應(yīng)用中其比PBT在製造薄壁型產(chǎn)品的時(shí)候具有更好的性能。

液晶聚合物受基於外來(lái)芳香族化合物而導(dǎo)致較高的各向異性的形態(tài)的影響。這種化學(xué)作用的影響將使材料的價(jià)格的升高。為降低成本LCP常與其它一些的低成本的材料相混合使用，如人造樹脂、添加劑以及玻璃纖維。LCP與PPS相混合使用的第一個(gè)商業(yè)目的是可降低LCP的成本以及減少PPS的閃光。液晶聚合物的性質(zhì)特徵為低溶解粘性，良好的拉伸性，具有壓縮力以及彎曲係數(shù)值；以及非常好的化學(xué)，輻射，及熱穩(wěn)定性。圖表5.5中顯示了LCP的選擇性有代表的性能參數(shù)值。

如圖5.6所示，基於其化學(xué)性LCP可分為三類。與熔解溫度特性相應(yīng)的是其最顯著的特徵是HDT。LCP極具竟?fàn)幜Φ囊粋�(gè)優(yōu)點(diǎn)是其快速出模和製造薄壁產(chǎn)品而不留毛邊的性質(zhì)。此類材料具有經(jīng)受高溫處理和長(zhǎng)時(shí)間處?kù)渡郎氐臓顟B(tài)。

在LCP材料中也存在如下的缺點(diǎn)，它們的各向異性將導(dǎo)致出現(xiàn)橫向應(yīng)力，並且將導(dǎo)致部分的warpage 。這些問題可通過增加添加劑來(lái)改善。結(jié)晶同樣會(huì)出現(xiàn)在此類材料中，這樣將會(huì)減少前端流動(dòng)熔合的時(shí)間。這樣將導(dǎo)致焊接線強(qiáng)度較差，但是這種問題也可通過控製成型過程和加工工具設(shè)計(jì)來(lái)加以控製。由於未充滿的LCP具有各向異性，為了加強(qiáng)其在電子方面的應(yīng)用，通常在其中加入30%到50%的玻璃纖維。高熔解溫度在300℃範(fàn)圍內(nèi)，高係數(shù)會(huì)對(duì)波動(dòng)，蒸汽階段以及紅外線焊接條件產(chǎn)生影響。LCPs有UL 94-VO的阻燃率，以及在燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生煙霧。其對(duì)酸的以及稀釋堿，有機(jī)溶劑化學(xué)抵抗力非常好。強(qiáng)堿如氫氧化鈉和胺將會(huì)使LCPs到一個(gè)加高的溫度。

LCPs在連接器市場(chǎng)上能有一席之地是因?yàn)橛袃蓚�(gè)重要的因素：設(shè)計(jì)上的小型化和在自動(dòng)生產(chǎn)過程中的高生產(chǎn)率。近年來(lái)的趨勢(shì)是具有更高生產(chǎn)率的表面粘著技術(shù)，其經(jīng)濟(jì)性允許使用高成本的LCP材料。

5.2.3 熱固性聚合物

為了更完整的敘述接下來(lái)便是熱固性聚合物。熱固性聚合物從熔解狀態(tài)到冷卻狀態(tài)因此不能被軟化或再加熱以用於其它目的。因此它們只能提供較為有限的機(jī)會(huì)在再研磨用的過程中。在化學(xué)上熱固性樹脂在處理中要經(jīng)歷一個(gè)交叉連接的反應(yīng)過程，以產(chǎn)生一個(gè)固定的分子間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。熱固性材料在交叉連接的時(shí)通常是收縮的，但是這種收縮是能通過附加如添加劑和加強(qiáng)光纖進(jìn)行控製。在熱固性狀態(tài)下的這些材料的變化可以在室溫和高溫下完成，而樹脂則能在加熱下進(jìn)行得更為徹底。總的來(lái)說熱固性材料比熱塑性材料具有更好的溫度性能。

5.3  添加與添加劑

在連接器領(lǐng)域應(yīng)用的大多數(shù)樹脂可以通過添加劑的方式來(lái)提高其性能。這些添加劑的範(fàn)圍從阻燃劑到惰性添加劑以及加強(qiáng)料。很多用作絕緣的材料可通過增強(qiáng)處理和添加劑的方式來(lái)提高其性能。增強(qiáng)處理通常用來(lái)提高材料的強(qiáng)度、硬度、尺寸穩(wěn)定性以及熱和機(jī)械性能。其通常能減小熱膨脹係數(shù)(CTE) 並且在薄片結(jié)構(gòu)中它們能減小捲曲和收縮。添加劑通常能增強(qiáng)硬度、尺寸穩(wěn)定性、和熱機(jī)械性能。它們有時(shí)會(huì)影響強(qiáng)度和工作性能。添加劑通常便宜且能降低材料的成本。在很多情況下增強(qiáng)劑和添加劑聯(lián)合與玻璃纖維使用以平衡成本與性能之間的關(guān)係。這裡有一些因素能控製附加添加劑的使用：

載荷---附加添加劑的數(shù)量將決定一定載荷下硬度、強(qiáng)度以及熱性能的增加。一般情況下50%的載荷常常被用到。

比率---在很多情況下增強(qiáng)效率要由玻璃纖維和添加劑在比率方面(長(zhǎng)度/直徑比率)來(lái)決定。很多添加劑是易碎且在材料的鑄造和成型時(shí)易碎裂和退化。具有低比率的材料經(jīng)不起太大的損壞。

界面連接—很多礦物質(zhì)和玻璃基於其化學(xué)組成而具有高表面積，其組成佔(zhàn)有很高的表面能量。Coupling agent或sizing可用於量度材料增強(qiáng)樹脂矩陣之間的聯(lián)接。通常的coupling agent包括silanes，石蠟，titinates和胺。

混合處理----添加劑與聚合物矩陣相聯(lián)接的方法將會(huì)在其性質(zhì)上產(chǎn)生想不到的效果。

用得最廣泛的增強(qiáng)和添加劑是阻燃劑、玻璃光學(xué)纖維、雲(yún)母片、wallastonite以及滑石粉。

5.3.1 阻燃劑（FRs）

　　很多電子應(yīng)用上要用到阻燃樹脂。最明顯的原因是防止可燃材料的點(diǎn)燃。有幾種可燃途徑必須注意到，如稀釋物(添加劑)，保護(hù)層的成型(磷化物)，以及冷卻物(鋁及從水中產(chǎn)生的氫氧化物)。這種反應(yīng)通常發(fā)生在固體或氣體階段。阻燃劑在使用了鹵素元素之後將會(huì)妨礙原子團(tuán)之間的反應(yīng)。經(jīng)過交叉連接反應(yīng)它們會(huì)在材料表面形成一個(gè)燒焦或屏障層，這些是可通過磷化物的介入而產(chǎn)生的。

阻燃劑能作為反應(yīng)劑和填加劑。作為反應(yīng)劑的時(shí)候它們自己通常要進(jìn)入聚合物的矩陣結(jié)構(gòu)之中，而作為填加劑時(shí)它們通常只會(huì)物理上與聚合物矩陣結(jié)構(gòu)相配合作用。FRs在工程熱塑膠材料上的應(yīng)用一般是作為填加劑。其中一些在混合物中起配合劑的作用。這種阻燃劑的選擇是可擴(kuò)展的，並且其總類和影響對(duì)絕緣材料的作用將會(huì)被提到。

在工程塑料領(lǐng)域裡應(yīng)用的填充阻燃劑有最基本的兩類：含鹵素和不含鹵素的FRs。有一些材料如PEI和PPS它們自己分子結(jié)構(gòu)內(nèi)部就有阻燃劑，因此也就不需要附加的阻燃劑。含鹵素的阻燃劑其效率增加的順序?yàn)椋悍?lt;氯<溴<碘。含鹵素的FRs通常使用溴作為鹵源而有時(shí)也使用氯，這是由於鹵素與碳原子相結(jié)合時(shí)其釋放需要有一定的能量從而能提供給FR。FR的化學(xué)活性已經(jīng)大量的研究了但仍然存在爭(zhēng)議。增加鹵素通常會(huì)提高材料的成本同時(shí)也使此混合物的密度增加。含溴和含氯的FRs被束於脂肪類和芳香族的聚合物矩陣之中。脂肪類結(jié)合的鹵素容易被破壞，所以它們比芳香族結(jié)合的鹵素的溫度抵抗性要差。芳香族結(jié)合的鹵素在工程塑料中應(yīng)用得很普遍，例如：tetrabromobisphenol A， 乙烯(tetrabromo-phalimide)，以及poly(dibro-mophenylene)。這些材料的成分從4%到15%不等，這要依FR中的溴的含量以及能提供給阻燃劑的矩陣而定。由於分子和聚合物的不同這些材料所帶有鹵素將會(huì)影響絕緣材料的性質(zhì)。例如很多聚合含鹵分子用於工程塑料之中。

大部分情況下要用到銻基化合物。這樣可以提高鹵素阻燃的效率。配合氧化劑自己並沒有FR的能力，然而它在含鹵化合物中具有很強(qiáng)的配合作用並且還可與廣泛的與鹵素相配合使用。此類反應(yīng)通常發(fā)生在氣體狀態(tài)下。

非鹵素的阻燃劑同樣也在研究之中，但由於其在應(yīng)用中對(duì)一些材料的基本聚合物矩陣將產(chǎn)生損壞性的影響，所以其應(yīng)用受到了限制。例如磷基化合物用於尼龍材料中而不能用於聚脂之中是因?yàn)槠渑c聚脂微晶不相容。磷化物所起的作用通常是在濃縮階段。其化學(xué)組成通常為高含氧成分並用於聚脂中。磷類主要包括有亞磷酸鹽、亞磷酸、磷化物、白磷、紅磷以及磷酸鹽。這些化合物可用於一些明顯的材料並且通常作為燒焦層組分和屏障層組分。作用於表面的FRs可對(duì)表面的性能產(chǎn)生一定影響。例如形成燒焦層的材料將影響聚合物表面抵抗力，它們同樣會(huì)妨礙鑄造柱形表面過程。 

工程塑料中很少有適合FRs的礦物質(zhì)，因?yàn)榇蠖鄶?shù)礦物質(zhì)的分解溫度比工程塑料形成溫度還要低。含有礦物質(zhì)的材料，如氫氧化鎂、碳酸鎂、氫氧化鋁及含硼的化合物已經(jīng)被應(yīng)用。它們加熱時(shí)通常要分解，但不象其它物質(zhì)那樣蒸發(fā)，而是釋放出不燃燒的氣體，如水和一氧化碳等稀釋燃料的混合氣體。同時(shí)它們也把聚合物和氧隔離，以免其被氧化。但是這些混合物因?yàn)樾枰�高度濃縮以滿足FR的需要而使其在工程材料中的應(yīng)用受到限制。由於材料中包括了水和更低的物理特性，尤其是流動(dòng)性和相互沖擊性。許多情況下，這些材料也提供了稀釋的作用，因此那些不燃燒的其它材料對(duì)FR的形成具有積極的效果。聚合物中含有許多其它物質(zhì)，如矽，其表現(xiàn)出有限的分解延緩應(yīng)用性，但是它們必須考慮成本和性能。

延緩分解性的要求一般是用(Underwriters)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定的，許多確認(rèn)延緩分解性的不同實(shí)驗(yàn)被采用，如UL94，DIN4102及NEP92-507等。獲得UL證書需經(jīng)過嚴(yán)格的測(cè)試。

當(dāng)考察FR添加物和分解延緩材料時(shí)，應(yīng)用的特殊性、全部材料的絕緣性能及材料的成本/性能比值都必須考慮。又，聚合物的許多性能可通過向聚合物矩陣添加FRs添加劑而得以改變，這一點(diǎn)也是需要考慮的。

5.3.2強(qiáng)化添加劑

玻璃纖維  玻璃纖維是廣泛用作強(qiáng)化劑中的一種。除了強(qiáng)化作用外， 玻璃纖維還可增加分解延緩性和使材料更耐化學(xué)和熱作用。 玻璃纖維添加劑可大提高材料的物理性能。如，向PBT中加入玻璃纖維添加劑可使其彎曲係數(shù)增加250%，拉伸係數(shù)增加100%。在其它樹脂中可看到相似的性能的提高。 玻璃纖維添加物一般要降低樹脂的流動(dòng)性並可能引起一些表面缺點(diǎn)。 玻璃纖維對(duì)選定的聚合物性能的強(qiáng)化作用被列於表5.7和5.8中。

雲(yún)母  雲(yún)母也是一種用作提高熱傳導(dǎo)性，溫度阻值及電介質(zhì)絕緣性能的同時(shí)降低熱澎脹的天然材料。它可作為添加劑或強(qiáng)化劑並常與玻璃纖維合用，表5.9說明了這一點(diǎn)。

Wallastonite.  Wallastonite也是一種天然的針狀材料。它常與玻璃纖維合用並表現(xiàn)出很好的電絕緣性能和很好的熱變形特性，表5.10對(duì)此進(jìn)行了說明。

5.4   成型和應(yīng)用

聚合物形成連接器絕緣本體的過程(通常是注塑成型)及關(guān)於成型過程部分設(shè)計(jì)的作用對(duì)連接器絕緣本體性能有很大的影響。連接器將被使用的應(yīng)用也將影響聚合物選擇的標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)於此以後將繼續(xù)討論。

5.4.1  成型過程

某種連接器應(yīng)用的特殊材料的選擇可能受許多因素的影響。有時(shí)一種材料根據(jù)其物理特性來(lái)選擇。在其它情況下，連接器的使用環(huán)境也可能影響樹脂的，這一點(diǎn)也需考慮，並且熱和化學(xué)相容性必須作為主要因素加以考慮。作為首要考慮的因素，合適的熔化和成型溫度必須考慮材料的數(shù)據(jù)表。高的成型溫度一般導(dǎo)致低的成型壓力，高的成型完整性及易流入較窄部位。為了獲得統(tǒng)一的成型高溫，建議采用噴吐機(jī)或熱端子以從核心向外散熱。溫度平衡依賴以下三個(gè)因素：模具設(shè)計(jì)，熔化濕度及循環(huán)次數(shù)。冷模會(huì)引起過度的彎曲和收縮。

注塑壓力值是成型過程的另一重要因素。較窄的部分成型尤其困難。它們需要大量的排氣孔，熱模及額外快速填充。注塑成型壓力值依賴於局部幾何形狀、模型設(shè)計(jì)、成型材料及熔化溫度�？偟膩�(lái)說，連接器最常用的材料趁向於具有低粘性和易流動(dòng)性。在連接器絕緣本體注塑成型時(shí)，使用低壓注射是很重要的，這樣可降低沖擊，成型壓力及模具小核心的疲勞度。如果采用過高的注塑壓力，由於模具鋼的移位或其它對(duì)模具的損害都可能引起注件尺寸的改變。

這樣的影響在連接器的局部角落顯得尤其突出，因?yàn)樽⑺芗�的外部比其�?nèi)部冷卻速度要快得多。降低角落處的彎曲程度的關(guān)鍵是使連接器兩邊的冷卻率相等。達(dá)到這一點(diǎn)的典型做法是使角落處的內(nèi)部比外部溫度低。另一種做法是使角落處的內(nèi)部升溫。使核心部比外部洞穴降低到更低溫度值的能力在許多連接器工具中是很重要的。

5.4.2　應(yīng)用

表面粘結(jié)技術(shù)(SMT)將作為一個(gè)聚合物/應(yīng)用干擾的例子。SMT允許向電路板密集地安裝元件。SMT的主要優(yōu)點(diǎn)是在裝配時(shí)可降低成本，減小尺寸及減輕重量。許多電路板的製造商都編入采用各種SMT技術(shù)的製造設(shè)計(jì)技術(shù)(DFM)。製造商發(fā)現(xiàn)up-front、受控的放置規(guī)劃、焊劑、修理維護(hù)及測(cè)試可顯著地提高生產(chǎn)率和可靠性�？紤]的重要設(shè)計(jì)是使用的SMT類型，電路板條件及可靠性和成本因素。

現(xiàn)在有兩種基本的用於SMT的接觸方式：波峰焊和流動(dòng)焊。在波峰焊中，裝置和接觸面直接暴露於熔化的錫合金。流動(dòng)焊依賴於傳遞的熱以熔化置放的焊劑合金(主要用作錫/導(dǎo)引/熔化粘著更重要的安置裝置)。波峰焊常用於穿孔插接(PTH)方式和在焊接過程中被收容於基樹脂的低輪廓裝置。流動(dòng)焊則僅用作粘結(jié)以保持該裝置。

流動(dòng)焊是用於SMT裝配方式，尤其是需要使用更新的、更好的樹脂混合物的先進(jìn)的焊接方法。當(dāng)幾種方法存在以有效地流動(dòng)焊接粘結(jié)時(shí)，常采用紅外線來(lái)加熱。激光、熱氣、熱棒及局部集中的紅外線在流動(dòng)焊接中也常用的。

波峰焊或流動(dòng)焊是一種適合使用SMT技術(shù)的製造的共同方法。波峰焊是一個(gè)過程，在該過程中，許多連接部與流動(dòng)的焊劑波接觸一小段時(shí)間，同時(shí)連接部被焊接。

除了焊接以外，粘劑和樹脂也可以用於向組裝表面安裝組成物。粘著技術(shù)可用手操作機(jī)械的注射器而達(dá)成，或使用高速輸出、可編程的機(jī)械分配手在需要組裝其它元件的位置點(diǎn)上粘劑。

上面的關(guān)鍵點(diǎn)是SMT向電路板和連接器環(huán)境傳熱和化學(xué)物質(zhì)的過程。注意SMT應(yīng)用的材料挑選以材料在焊接端子的SMT過程中暴露的時(shí)間和溫度為基礎(chǔ)是相當(dāng)重要的。這些絕緣材料在490華氏度(255攝氏度)的高溫下可以停留30秒到幾分鐘。

5.5  小結(jié)

電連接器材料可能暴露在熱及化學(xué)環(huán)境中。此時(shí)，材料的選擇更加嚴(yán)格。故設(shè)計(jì)者必須確定電連接器絕緣本體的材料選擇在經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的不良環(huán)境以後仍能保持其性能。

選擇電連接器絕緣本體材料還有其它長(zhǎng)期因素需要設(shè)計(jì)者加以考慮。其中之一考慮是如果部件在板清洗過程中暴露於碳化氫時(shí)對(duì)抗化學(xué)腐蝕力的要求。例如，postassembly 環(huán)境也是很重要的。例如，長(zhǎng)期熱及化學(xué)抵抗力在覆蓋應(yīng)用時(shí)（under--the--hood）應(yīng)加以考慮。

高密度及小型化在電連接器市場(chǎng)上將會(huì)繼續(xù)發(fā)展�？梢灶A(yù)測(cè)未來(lái)之設(shè)計(jì)將要求在更少的空間有更高的性能。因而對(duì)設(shè)計(jì)者而言，在材料領(lǐng)域的變及表面粘接技術(shù)上處?kù)蹲兓�的前列更為重要�?/SPAN>

表5.11列舉了不同材料的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)。同時(shí)表5.12包含了與電連接器應(yīng)用最相關(guān)的選擇的工程聚合物的一些聚合物性能總結(jié)。

　

表5.11電連接器應(yīng)用所選擇的工程聚合物的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

材料	優(yōu)點(diǎn)		缺點(diǎn)
ABS	良好的抗沖擊性能，價(jià)格低廉	較差的有機(jī)溶液抵抗力，缺少長(zhǎng)期抗熱老化性，對(duì)大部分的連接器應(yīng)用不適合
ACETAL	良好的流動(dòng)性及化學(xué)抵抗力、成本低廉	在酸性或堿性環(huán)境中易退化，且阻燃性差
PBT	良好流動(dòng)及光滑，良好的電氣性能及化學(xué)抵抗力，良好的熱性能	高收縮性，在負(fù)載下易發(fā)熱
PET	與PBT相比減小了翹曲性，比PBT更耐高熱	流動(dòng)性比PBT 差，對(duì)空氣濕   度敏感（比PBT的結(jié)晶性差）
PCT	最高的熱聚合物，良好的流動(dòng)性及化學(xué)抵抗力	易碎，制程窗口窄
PC	天然阻燃性，良好抗沖擊強(qiáng)度，尺寸穩(wěn)定性，透明性，熱性能	化學(xué)抵抗力差，壓力下易分裂，流動(dòng)性差
PPO blends	良好熱性能，天然阻燃性，具有一定化學(xué)抵抗力	流動(dòng)性差，可著色性差
Nylons	良好流動(dòng)性，抗熱性，抗沖擊性	吸濕性差，尺寸穩(wěn)定性差
PPS	良好流動(dòng)性，抗熱性，化學(xué)抵抗力	易碎，反光，著色性差
PEX	非常好的熱性能，良好的抗環(huán)境疲勞性，天然阻燃性	結(jié)晶慢，成本高
PEI	熱性能好，天然阻燃性好	成本高
LCP	非常好流動(dòng)性，熱性能好，天然阻燃性好，電氣性能好	編織線強(qiáng)度，著色性，成本，機(jī)械性能與流動(dòng)性相對(duì)perpendicular

附：PEI=polyetherimide；PES=polyethersulfone；PC=polycarbonate；PBT=polybutylene terephthalate；PCT=polycyclohexylene terephthalate；PPS=polyphenylene sulfide；PA=polyamide；LCP=liquid crystal polymer；其中：PC不含有玻璃，PPS含有40%玻璃，其它材料不含玻璃。

第六章   可分離式連接器

      

在第一章中，就連接器曾給出如下的功能性定義：電子連接器是指一種能夠?yàn)殡娮酉到y(tǒng)兩個(gè)子系統(tǒng)之間提供可分離式接觸界面的電子裝置。

可分離式接觸界面本身具有一些要求，其中包括耐久性，結(jié)合力及機(jī)械穩(wěn)定性。耐久性指連接器可正常工作的結(jié)合周期。一個(gè)連接器所需要的結(jié)合周期取決於其具體應(yīng)用。當(dāng)製造工藝比耐久性重要時(shí)，這個(gè)數(shù)值可以較低，大約為10。至於便攜式電腦(如辦公室或家庭用的筆記本電腦)時(shí)，就需要數(shù)千周期。耐久性主要涉及接觸面涂層消耗的可能性，其導(dǎo)致第三章中提到的腐蝕保護(hù)及界面最佳化的喪失。

結(jié)合力（連結(jié)連接器之插頭與插座所需的力）對(duì)於高級(jí)端子計(jì)數(shù)連接器尤為重要，這種連接器由於其結(jié)合力較大導(dǎo)致須以工具輔助裝設(shè)否則將被破壞。機(jī)械穩(wěn)定性指連接器承受應(yīng)用載荷如震動(dòng)、沖擊及熱循環(huán)的能力，其可能導(dǎo)致接觸面干擾。這種干擾也可能產(chǎn)生如第三章所述的電鍍層脫落。

影響這些操作性能的主要的連接器設(shè)計(jì)及物料因素是接觸面涂層、正常接觸力及接觸面形狀。本書第二章、第三章曾就接觸面涂層對(duì)摩擦、損耗及受此影響的耐久性、結(jié)合力的重要性和影響進(jìn)行說明。

本章將討論正常接觸力和幾何形狀對(duì)操作性能的影響，其中正常接觸力是重點(diǎn)，尤其是它的產(chǎn)生、大小及其穩(wěn)定性的維持。

6.1  引言

為方便起見，將前述連接器橫載面圖1.1再現(xiàn)為圖6.1。在連接器中各種各樣的可分離的接觸面接觸之設(shè)計(jì)拓展了在不同環(huán)境的要求下應(yīng)用的連接器的範(fàn)圍�？煞蛛x式連接器一般具有兩部分。大體上，連接器的一端(通常插座)是彈性部分，而另一端(插頭)之固體接觸部為post，pins，或者PWB。分類上，這些裝置可歸入post/插座，pin/插座，及卡邊連接器。

  

6.1.1 posts，pins及PWBs

圖6.2是典型的插頭接觸端之實(shí)例。 PWB(圖6.2.a)就是三級(jí)和一些四級(jí)連接器裝置的一部分。posts和pins的主要差別在它們的幾何形不同。posts為方形或其他規(guī)則形，而pins則為圓形。

圖6.2.b所示的一側(cè)邊為0.025 in(0.635mm)的25 針方形post是目前最常見的幾何形狀，盡管小一點(diǎn)的post (如15針方形和0.5mm)的應(yīng)用越來(lái)越多。貴重金屬涂層應(yīng)用於高操作性能之領(lǐng)域，而錫涂層則用於電子和商業(yè)產(chǎn)品上。在3、4級(jí)產(chǎn)品中，post依據(jù)工作環(huán)境不同可以直接插入板上或收容於連接器端部，其可以被遮敝，也可以不遮蔽。

Pins在四級(jí)產(chǎn)品中應(yīng)用不多，其主要應(yīng)用在於五級(jí)與六級(jí)產(chǎn)品中。根據(jù)不同情況其可應(yīng)於很多尺寸。常用的兩種型號(hào)為如圖6.2c所示的加工螺桿及圖6.2d所示的層疊式。二者主要區(qū)別在於加工螺桿的pin上沒有接口縫，且不易於控製其尺寸。因此，其通常被認(rèn)為具有優(yōu)良的性能而同金接觸涂層一起應(yīng)用於軍事和高性能系統(tǒng)。層疊式則用於電子及商業(yè)領(lǐng)域並可應(yīng)用於貴重金屬及錫涂層上。

6.1.2 母端子

大多數(shù)母端子都設(shè)計(jì)成懸臂梁形狀，當(dāng)然也可以看到混合接縫.一些最常見的形狀如圖6.3至6.5所示.

最簡(jiǎn)單的母端子設(shè)計(jì)成懸臂梁，如具有卡片狀邊緣的端子(圖6.3a)，盡管有一部分端子呈現(xiàn)出如圖6.3b所示的混合懸臂設(shè)計(jì)一樣的複合形狀.

對(duì)於插桿\插座系統(tǒng)，有多種的端子接縫在應(yīng)用，如圖6.4a到6.4e所示的敞開或盒子形狀.除了圖6.4e外，在這些例子中，兩個(gè)懸臂梁使端子正對(duì)插桿的一面.敞開的雙端子由於價(jià)格低廉而在商業(yè)利用上壓製了盒子狀端子.有四種形狀的雙端子比較常見；通俗地講，他們指的是﹕秸叉(圖6.4a)，扭桿(圖6.4b)，單懸臂(圖6.4c)和卷盒(圖6.4d)。他們?cè)趯?shí)際製造和懸臂梁設(shè)計(jì)時(shí)有很大的不同，這些都影響到製造成本及工作性能.如圖6.4a的平壓端子是基本的設(shè)計(jì)。此外成形操作還帶來(lái)一些附加的特徵，圖6.4d所示的設(shè)計(jì)對(duì)插桿的不平直度作了一些保護(hù)，而且對(duì)端子接縫的反超限應(yīng)力也起了一定的保護(hù)作用，這是因?yàn)榫砗邢蜓e伸展。

這些系統(tǒng)提供了太過長(zhǎng)的端子，它們都應(yīng)用了貴重金屬而且末端鍍有錫，最後的25平方母端子設(shè)計(jì)圖是有四條接縫的卷盒端子，是為了適應(yīng)貴重金屬末端的要求，而主要應(yīng)用了高性能和多插腳。

正如同對(duì)端子的決定一樣，為了相同的市場(chǎng)公端子還應(yīng)用於可機(jī)加工螺旋和沖壓成型的類型。圖6.5a和圖6.5b分別所示的是可機(jī)加工螺旋和沖壓成形的公端子�？蓹C(jī)加工螺旋的端子常常鍍金，而沖壓成形的端子常常被發(fā)現(xiàn)在末端有貴重金屬和錫。

6.1.3總結(jié)

在應(yīng)用中還有許多其他的母端子，都是為了適應(yīng)耐久性配合力，成本的要求.上述有提及到，母端子彈性的一個(gè)重要功能是產(chǎn)生正常接觸力。

6.2  接觸正壓力

由於接觸正壓力對(duì)於以下性能特性之影響，使其成為連接器設(shè)計(jì)中一個(gè)主要參數(shù)。

* 配合力

* 磨損

* 接觸彈性部上之壓力

* 連接器殼體上之壓力

* 接觸電阻

增加之正壓力對(duì)以上前四項(xiàng)產(chǎn)生不利影響，而只對(duì)一項(xiàng)產(chǎn)生緩和之因素。如在第二章所討論的，一樣之接觸面結(jié)構(gòu)，即冷焊後之粗糙結(jié)合部，引起了磨擦及磨損。增加之正壓力提高了磨擦力，也增大了配合力及磨損率。緩和之因素是增加之磨擦力同樣提高了端子接觸部之機(jī)械穩(wěn)定性。這是一個(gè)有利的因素，因?yàn)樗鼫p少了接觸面之潛在不穩(wěn)定性，降低了它受在端子接觸面或其附近出現(xiàn)之腐蝕性產(chǎn)品或污濁影響的敏感程度。

如將要被討論的，增加之正壓力使得在端子彈性部上之壓力變大，這樣反過來(lái)也對(duì)連接器殼體產(chǎn)生一個(gè)更高之壓力，因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)連接器設(shè)計(jì)中，端子是被殼體在某些點(diǎn)所固持的。在端子彈性部上的更高壓力對(duì)彈性物質(zhì)產(chǎn)生的強(qiáng)度和其可成形性間之權(quán)衡關(guān)系有更高之要求。在連接器殼體上之高壓力導(dǎo)致殼體更易發(fā)生變形，這樣可能影響彈性部之固持位置，進(jìn)而影響正壓力。從這一點(diǎn)來(lái)看，顯示出增加之正壓力總的來(lái)講對(duì)連接性能產(chǎn)生不利之影響。

然而增加之正壓力卻可以抵銷這些不利影響，如在第二章所討論的，接觸電阻隨著正壓力之增加而減少，正如公式（2.9）所顯示出的，為方便敘述重複於公式（6.1）中。

Rc=接觸阻力

K=一個(gè)包括表面粗糙程度，接觸方式和彈性或塑性變形影響之系數(shù)

ρ＝電阻系數(shù)

H=硬度

Fn=接觸正壓力

增加的正壓力對(duì)接觸電阻大小之必然影響是，接觸面積增加，則接觸電阻減小。另外，接觸阻力的穩(wěn)定性同樣通過兩種影響隨著正壓力之增加而增加。首先，增加之磨擦力提高了接觸面的機(jī)械穩(wěn)定性，以及隨之產(chǎn)生的對(duì)抗端子接觸面不穩(wěn)定之阻力。其次，如將在6.7.1節(jié)進(jìn)行討論的，在端子區(qū)域裡的這種增加同樣提高了接觸面之抗腐蝕能力。

從以上之闡述可以看出，正如Whitley和Mroczkowski所論述那樣，一個(gè)連接器的“最優(yōu)化〞正壓力來(lái)自於較高正壓力對(duì)機(jī)械性能所帶來(lái)的不利影響與端子磨擦力有利影響間之權(quán)衡。在大多數(shù)例子中，“最優(yōu)化”被譯成“最小化”以著眼於使不利之影響最小化。要理解這種權(quán)衡需要考慮對(duì)接觸阻力之影響。兩個(gè)因素必須加以考慮，正壓力需要建立接觸面，並且需要保持接觸面之穩(wěn)定性。建立接觸面需要產(chǎn)生一個(gè)足夠的金屬接觸區(qū)，——如果必要，通過破壞或移走表面之氧化膜或污物。在通過要求數(shù)量之配合周期後仍保持表面保護(hù)層之完整性之前提下，接觸面之穩(wěn)定性來(lái)源於通過增加磨擦力而保證之機(jī)械穩(wěn)定性。

來(lái)自於Whitley和Mroczkowski二人之圖6.6顯示，對(duì)於鍍金之接觸表面保護(hù)層，10g之正壓力已足夠產(chǎn)生3Ω之接觸電阻，這對(duì)於實(shí)際中任何電訊裝置都能滿足需要。然而，這種“金屬”或貴金屬的最小力並不能解釋氧化膜被破壞或移走之原因。常規(guī)知識(shí)解釋說，對(duì)一個(gè)連接器“最小的”正壓力是100g。這種常規(guī)知識(shí)之來(lái)源不為人所知，但可以追溯到一篇1970年貝爾實(shí)驗(yàn)室中的文章。不考慮這個(gè)來(lái)源，最小量也總是闡述成10g以上。所得到之結(jié)論是（如在參考1和2中所討論的），最小正壓力之剩余必須能夠保證氧化膜之破壞和端子接觸面在不同應(yīng)用環(huán)境下之穩(wěn)定性。

簡(jiǎn)單說來(lái)，但不是簡(jiǎn)單量化，正壓力之要求由在連接器操作環(huán)境中的機(jī)械及熱條件下保持端子接觸面完整性之要求所決定。

如果在一個(gè)連接器中，理想的情況是將正壓力“最小化〞，那麼產(chǎn)生正壓力之機(jī)械就會(huì)變得令人感興趣。除此之外，對(duì)於在連接器應(yīng)用過程和使用壽命中保證正壓力穩(wěn)定性有重要作用之設(shè)計(jì)因素，是值得討論的。這些影響穩(wěn)定性之因素將會(huì)進(jìn)行一些細(xì)節(jié)討論，但為了做這項(xiàng)工作，必須對(duì)在連接器中正壓力是如何產(chǎn)生的進(jìn)行討論。

6.3 端子正常作用力及端子設(shè)計(jì)

在連接器裡，端子正常作用力主要來(lái)自於兩連接器插接時(shí)插座之端子梁因與插頭配合產(chǎn)生的位移，該位移產(chǎn)生的彈性恢複力就是端子正常作用力。

6.3.1  材料性能和端子正常作用力

材料性能是決定端子正常作用力的基礎(chǔ)，其性能指標(biāo)是伸長(zhǎng)（或稱彈性）系數(shù)和彈性極限或屈服強(qiáng)度。為方便起見，圖6.7根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變曲線指出這幾個(gè)性能指標(biāo)，伸長(zhǎng)系數(shù)是應(yīng)力與應(yīng)變曲線線性部分或稱彈性變形區(qū)的斜率，因此其亦稱彈性系數(shù)；彈性極限強(qiáng)度是指某一臨界點(diǎn)，於該點(diǎn)之前應(yīng)力與應(yīng)變停止線性關(guān)系，而此時(shí)塑性變形即將開始；屈服強(qiáng)度是使塑性變形進(jìn)行到某一定程度時(shí)之作用力，在絕大多數(shù)情況下，屈服強(qiáng)度被指定為產(chǎn)生0.2%或其它定值之殘余變形所需的作用力。下面我們將要討論的是已知端子梁之幾何形狀如何將應(yīng)力與應(yīng)變曲線轉(zhuǎn)換成力與位移曲線。

假如把端子近似視為一懸壁梁，遵循圖6.8之注釋，可得出有關(guān)端子正常作用力和梁設(shè)計(jì)參數(shù)之等式

　　F=(D/4)*E*[W*(T/L)3]　，　　　　　　　　　　  　(6.2)

其中　�。�==梁位移量

　　　�。�==材料彈性系數(shù)

　　　　Ｗ==端子起拱處寬度

　　　�。�==端子起拱處厚度

　　　　Ｌ==端子起拱處長(zhǎng)度

該等式包括三個(gè)要素﹕梁位移(設(shè)計(jì)選擇)、彈性系數(shù)(材料參數(shù))和端子拱起處之幾何形狀(亦為設(shè)計(jì)選擇)，其中每個(gè)要素都是獨(dú)立的，且據(jù)不同之考量導(dǎo)出。

由Lowenthal et al.報(bào)告的將上述等式運(yùn)用於工程中，為端子承受正常作用力之連接器設(shè)計(jì)或材料選擇提供了理論依據(jù)，該研究中端子之幾何形狀與圖6.4d所示相似，其具有兩個(gè)獨(dú)立端子梁，其中每一個(gè)端子梁可視為簡(jiǎn)單的懸壁梁，如6.2式所述。

圖6.9摘自參考3，其為銅合金之選擇提供了端子正常作用力和梁位移之關(guān)系(如6.2式所述)。以下討論將只限於下面三種材料﹕C51000(磷青銅)、C72500(銅鎳錫合金，725合金)和C17200(鈹銅)。這些合金的材料特性如圖6.9和圖6.10所示，其它合金材料特性均羅列於參考3。

梁之彈性率和正常作用力與位移之比例由下式可看出

　    　　F/D=(E/4)*W*(T/L)3                          　（6.3）

該彈性率對(duì)應(yīng)於圖6.9所示的正常作用力與位移曲線之初始斜率，且該斜率的變化趨勢(shì)與材料彈性系數(shù)的計(jì)算結(jié)果相類似，這就是早期將形狀一定的端子的作用力與應(yīng)變曲線轉(zhuǎn)變成力與位移曲線的依據(jù)，此三種合金的斜率數(shù)725合金最大，鈹銅次之，磷青銅最小。

端子之工作範(fàn)圍設(shè)計(jì)應(yīng)包括位移從0.0025英寸至0.05英寸(0.0635毫米至0.127毫米)之範(fàn)圍內(nèi)，如6.2式所示，與其它兩種材料相比，磷青銅端子所受的最小正常作用力(最小位移對(duì)應(yīng)的力)較小，這主要取決於其較低的彈性系數(shù)，根據(jù)6.2式，端子梁的位移一定，如果要得到較大的正常作用力，可通過改變端子梁的幾何形狀而獲得，正常作用力與梁寬度呈線性關(guān)系，而與梁長(zhǎng)度和厚度則呈立方關(guān)系，為提高正常作用力可改變上述每一個(gè)參數(shù)。

提高梁寬度會(huì)有一負(fù)面影響，即難以保證連接器端子間間隔大��；而減小端子長(zhǎng)度會(huì)使得端子柱的接觸長(zhǎng)度變小，這也是一個(gè)潛在的消極影響；另一方面，提高端子梁厚度可減小整個(gè)端子的幾何變形，但對(duì)於相同的正常作用力，其卻受到最大的沖擊，比如在其它條件相同的情況下，梁厚度為0.0105英寸(0.2667毫米)的磷青銅端子將能彌補(bǔ)彈性系數(shù)的差距，而達(dá)成與梁厚度為0.010英寸(0.254毫米)的725和鈹銅端子相同的正常作用力和彈性率。

6.3.2彈性變形之極限

公式6.2僅適用於端子梁之彈性變形。從圖6.9之?dāng)?shù)據(jù)中可以清楚地看到，情況不總是例證之端子那樣，725合金之變形量隨力的變化曲線關(guān)偏離了線性方向，並且圖6.10表明了725合金在變形到達(dá)最大變形量0.005英寸(0.127毫米)之前就存在永久變形。鈹銅與磷青銅保持"彈性"。725合金之屈服強(qiáng)度較其它兩種材料稍微低一點(diǎn)，但其彈性極限比其它兩種低得多。因此，它在少量變形情況下就呈現(xiàn)塑性，在此設(shè)計(jì)中，其在未達(dá)到設(shè)計(jì)變形量0.005英寸(0.127mm)之前就已產(chǎn)生了一永久變形。

端子變形量超出其彈性變形量範(fàn)圍，會(huì)對(duì)主應(yīng)力產(chǎn)生兩方面之影響。在連接器首次裝配過程中(最初之彈性變形)，如果端子梁開始塑性變形，則主應(yīng)力與變形量關(guān)系曲線將為非線性。換言之，有效之彈性系數(shù)將下降，並且在一定塑性變形情況下之主應(yīng)力要比在彈性變形下之主應(yīng)力低得多。

另外，在隨之進(jìn)行的裝配中，端子梁會(huì)產(chǎn)生永久變形，主應(yīng)力也會(huì)因此減小。永久變形之結(jié)果是使端子梁之設(shè)計(jì)變形量減小。例如，圖6.10表明從連接器首次裝配到產(chǎn)生最大之梁變形過程中，725合金將產(chǎn)生0.001英寸(0.0635mm)。這個(gè)變形意味著端子之變形範(fàn)圍將減小0.001英寸。因此能產(chǎn)生最小主應(yīng)力之最小變形量為0.0025英寸(0.0635mm)，因此主應(yīng)力會(huì)減小40%。在最大變形量為0.005英寸(0.127mm)時(shí)，主應(yīng)力將減小20%，這仍是一個(gè)可觀之?dāng)?shù)字。在設(shè)計(jì)時(shí)如果假定為彈性變形，不考慮永久變形，則主應(yīng)力之實(shí)際值較期望值低20-40%。

圖6.11中表明在首次裝配後，永久變形將繼續(xù)增長(zhǎng)。由於變形過程中之端子彈性部硬化，永久變形將趨向於某一定值，這使得端子之屈服極限增大，如此則端子彈性部開始變形發(fā)生在其擴(kuò)大了的彈性極限內(nèi)。

6.3.3 應(yīng)力松弛和正壓力

公式6.4敘述了懸臂梁上的正壓力Fn與懸臂梁的尺寸及懸臂梁上的應(yīng)力σ間的聯(lián)系，它是有關(guān)表明端子之所受正壓力與其設(shè)計(jì)/材料參數(shù)間關(guān)系的第二個(gè)等式：

        Fn=（σ／6 ）*（ WT／L2）      　　　　　    (6.4)         

公式（6.4）表明了任何的應(yīng)力減少都會(huì)導(dǎo)致正壓力的減少。雖然應(yīng)力松弛在第四章討論過，但在這還是有必要複述其定義。

應(yīng)力松弛是指應(yīng)力在常應(yīng)變的情況下會(huì)隨著時(shí)間的延續(xù)而減弱。

就連接器而言，對(duì)公式6.4，我們可以更確切地定義為在連接器使用期間，隨著時(shí)間的延續(xù)，正壓力會(huì)以一持續(xù)的偏差而削減。換句話說，僅僅是由於端子懸臂梁受到了因其配合偏移而產(chǎn)生的應(yīng)力，而其所受正壓力的削減可看作是時(shí)間和溫度雙重作用和結(jié)果。當(dāng)連接器的工作溫度升高，此時(shí)應(yīng)力松弛就更為重要了。圖6.12論證了其關(guān)系。當(dāng)懸臂梁位於其最大偏差0.005英寸（0.127mm）時(shí)，在96小時(shí)內(nèi)，正壓力會(huì)隨著溫度的升高而減小。在連接器處?kù)镀湟环N更為典型的工作條件即恆溫的時(shí)候，時(shí)間對(duì)正壓力的作用類似於溫度對(duì)正壓力的作用。圖6.13出示了三種被選擇材料在25℃到105℃之間其應(yīng)力松弛的數(shù)據(jù)。在室溫條件下，應(yīng)力松弛對(duì)任何材料均只是稍微有影響，拿磷青銅的最糟糕的情形來(lái)說，在經(jīng)過100，000小時(shí)（11.4年）後，其應(yīng)力變化小於10%。然而在105℃的時(shí)候，可以看出應(yīng)力會(huì)有很大損失，因而正壓力會(huì)急劇減小。

圖6.14是以又一種不同方式即永久性變形隨溫度的變化關(guān)系來(lái)表示應(yīng)力松弛引起的結(jié)果。

在應(yīng)力松弛的過程中，該應(yīng)力是來(lái)源於有助於加工硬化的彈性變形和允許尺度變化的塑性變形間的轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換的結(jié)果如圖6.14所示。很明顯的，這種永久性變形隨著時(shí)間變化而變化的趨勢(shì)類似於正壓力的損失隨著時(shí)間變化而變化的趨勢(shì)。由應(yīng)力松弛而引起的永久性變形同樣對(duì)正壓力有影響，如較早以前討論過的機(jī)械永久性變形﹕梁的可用偏差減小，正壓力伴隨著減小。

由於溫度應(yīng)用的要求增加，如何控製永久性變形也變得更加重要了.雖然，正如附注4和附注5中所討論的，設(shè)計(jì)因素對(duì)永久性變形也會(huì)有影響，但是控製永久性變形的辦法主要還是通過對(duì)材料的選擇.第四章給出了一些供許多銅合金參考的永久性變形的數(shù)據(jù)。

．總結(jié)．

這種典型懸臂梁端子的特性反映了因端子所受正壓力而產(chǎn)生的梁的偏移和應(yīng)力松弛的重要性。由機(jī)械加載或應(yīng)力松弛所引起的永久性變形，其減小了梁的可用偏差，降低了正壓力。這使得我們更希望彈簧能一直在其伸縮範(fàn)圍內(nèi)工作，直到正壓力達(dá)到最大並還原。應(yīng)力松弛可以靠操作的溫度對(duì)長(zhǎng)期的正壓力產(chǎn)生重要的影響。正如第四章、附注4和附注5中所討論的，在處理應(yīng)力松弛時(shí)，材料的選擇是主要的。

附圖說明﹕

　　圖6.11表示的是三種都做成典型端子幾何形狀的端子材料其端子永久性變形大小與其配合周期數(shù)的關(guān)系圖。其由AMP公司提供。

　　圖6.12表示的是三種都做成典型端子幾何形狀的端子材料其端子所受正壓力大小與其放置96小時(shí)之後所受溫度的關(guān)系圖。其由AMP公司提供。

　　圖6.13表示的是磷青銅、合金725、鍍金銅三種材料在25℃到105℃間其永久性變形大小與時(shí)間的關(guān)系圖。其由Olin公司提供。

圖6.14表示的是三種都做成典型端子幾何形狀的端子材料其永久性變形大小與其放置96小時(shí)之後所受溫度的關(guān)系圖。其由AMP公司提供。

6.4  正常作用力和結(jié)合力學(xué)

如果說具有可分離性是我們使用連接器的主要原因，那麼很有必要了解結(jié)合力學(xué)及其如何影響結(jié)合點(diǎn)的壽命和結(jié)合力大小。結(jié)合力學(xué)中有三個(gè)主要因素，即端子正常作用力，端子幾何形狀和摩擦系數(shù)。

圖6.15所示是一條結(jié)合力與插入深度曲線，其將端子結(jié)合的兩階段裡插柱在插座的位置反映出來(lái)。

在第一階段裡，當(dāng)端子正常作用力施加於插柱時(shí)，插入作用力快速增加，在該段曲線裡端子梁不斷發(fā)生偏移，此時(shí)曲線的斜率由結(jié)合的插柱或插座的表面幾何形狀、摩擦系數(shù)和端子梁的伸長(zhǎng)率決定，亦即梁的位移與施加的作用力的比例；在第二階段，正常作用力達(dá)到最大值，端子梁的位移亦達(dá)到最大值，且插座之端子梁沿插柱滑動(dòng)，並因此產(chǎn)生一個(gè)摩擦力，該摩擦力大小由摩擦系數(shù)和端子正常作用力決定，而最大插入力是最重要的參數(shù)，因?yàn)樗鼪Q定了施加多大的力可與連接器結(jié)合。下面分別對(duì)這兩階段作一討論。

6.4.1 第一階段﹕插入階段

當(dāng)插柱開始進(jìn)入結(jié)合區(qū)，插座的端子梁產(chǎn)生位移並承受端子正常作用力，同時(shí)，插柱開始頂著端子梁進(jìn)行滑動(dòng)，相對(duì)的會(huì)產(chǎn)生摩擦力，由於摩擦力的方向與運(yùn)動(dòng)的方向相反，因此使得插入力增大，故最大插入力主要取決於摩擦力的大小和方向，而摩擦力的大小取決於摩擦系數(shù)μ和端子結(jié)合接觸面的幾何形狀，所以，對(duì)一定的正常作用力，最大插入力取決於端子結(jié)合接觸面的幾何形狀和摩擦系數(shù)μ的原因是這些參數(shù)決定了摩擦力的大小和方向。

下面最大插入力的等式是將其簡(jiǎn)化成施加於兩夾角為α的平面上，這條件與圖6.15所述的結(jié)合面幾何形狀類似，但這是忽略端子梁位移而不是正常作用力。

　Fi(max)=2Fn(max)[(sinα+μcosα)/(cosα-μsinα)]  　　　  (6.5)             

其中   Fi==插入力  

       μ==摩擦系數(shù)

       α==結(jié)合面的夾角，如圖6.15所示

在插柱插入過程中，結(jié)合面的角度隨著插座與插柱的幾何形狀變化而發(fā)生變化。

如圖6.16所示，對(duì)於100克的端子作用力和一定結(jié)合面夾角α，不同的摩擦系數(shù)對(duì)應(yīng)於不同的最大結(jié)合力。在未加潤(rùn)滑的情況下，鍍金端子末端的摩擦系數(shù)的公稱值是0.3。圖6.16表明﹕在這個(gè)簡(jiǎn)單的模型裡，當(dāng)結(jié)合面夾角由15°變至30°將使得結(jié)合力增加75%。

6.4.2  第二階段﹕滑移階段

一旦端子梁位移達(dá)到最大，亦即插柱已達(dá)到相對(duì)插座端子插柱表面的滑移點(diǎn)，此時(shí)插入力可簡(jiǎn)單視為摩擦力，如6.6式所述

        Fi＝μFn                                       　（6.6）

其中    μ==摩擦系數(shù)

         Fn==端子正常作用力

．總結(jié)．

最大端子結(jié)合或插入力取決於結(jié)合面端子的幾何形狀、端子的正常作用力和摩擦系數(shù)，且這其中每一個(gè)變量都是獨(dú)立的�？赏ㄟ^使用端子潤(rùn)滑劑減小摩擦系數(shù)，從而大大減小結(jié)合力。另外，有關(guān)結(jié)合力學(xué)的研討可參閱參考6和7。

顯然，連接器結(jié)合力不是簡(jiǎn)單的各個(gè)端子結(jié)合力的累加。另外，如果在結(jié)合過程中發(fā)生端子不重合或?qū)��?zhǔn)不良，端子松動(dòng)以及插頭與插干涉都會(huì)大大增加連接器的結(jié)合力，故當(dāng)連接器的針數(shù)增加，端子插入力和結(jié)合力應(yīng)重點(diǎn)設(shè)計(jì)。6.5  端子擦拭接觸效力

如第一和第二章所討論的，建立一個(gè)金屬接觸面對(duì)於低穩(wěn)定接觸電阻來(lái)講是極其重要的要求。視接觸鍍層和應(yīng)用環(huán)境而定，可能需要清除各類膜層、污濁以確保金屬接觸。擦拭接觸效力與在連接器配合過程中移走膜層、污濁之效率有關(guān)。

有關(guān)於連接配合的兩個(gè)術(shù)語(yǔ)經(jīng)常被交換使用﹕接合長(zhǎng)度與擦拭接觸。接合長(zhǎng)度特別是指公端子插入母端子的全部距離。擦拭接觸通常指的是端子表面相對(duì)於另一面之運(yùn)動(dòng)。接合長(zhǎng)度與擦拭接觸在大多數(shù)例子中從幾何學(xué)角度來(lái)講是一樣的，它們的功用卻明顯不同。接合長(zhǎng)度之要求是需要保證端子在任何容許條件下進(jìn)行配合；例如，殼體之形變部分導(dǎo)致連接器沿其長(zhǎng)度方向彎曲。這種要求與特殊的端子尺寸有關(guān)。典型之接合長(zhǎng)度可以是100 mis 或更多。在另一方面，擦拭接觸效力要求保證有效轉(zhuǎn)移表面膜層與污濁，這些表面膜層與污濁產(chǎn)生於明顯少於100 mils之距離上。

擦拭接觸效力由接觸幾何形狀，接觸正壓力，擦拭接觸長(zhǎng)度以及必須要被破壞或移走之該種污濁。在這一節(jié)將討論擦拭接觸效力中關(guān)於確保移走在電路板上灰塵上的最小必要擦拭接觸距離的內(nèi)容。這一節(jié)之內(nèi)容是總結(jié)於Brockman， Sieber， 和Mroczkowski的兩篇論文。

有兩種擦拭接觸方式被考慮過了。在第一種方式中，施加了全部的正壓力，這樣擦拭接觸動(dòng)作就發(fā)生了。這種方式模擬典型的連接器配合條件，在這種條件裡，為了進(jìn)行配合接觸梁在一定之距離完全偏轉(zhuǎn)。在第二種方式中，擦拭接觸只在施加了正壓力的時(shí)候才發(fā)生，這種方式是要模擬在零角度力連接器中的動(dòng)作。這裡的討論將限於第一種更典型之方式。第二種方式的結(jié)果在本質(zhì)上一樣的。

三個(gè)幾何形狀與兩個(gè)正壓力值作為獨(dú)立變量在擦拭接觸距離被用到。這些幾何形狀在圖6.17中進(jìn)行闡述。這些幾何形狀分別被描述成半球形H，橢圓形E，圓柱形C。半球形的半徑只有很小的0.060 in(1.524mm)，半球的長(zhǎng)軸與短軸是0.040 和0.020 in (1.016 和0.508mm)，圓柱形的半徑也只有很小的0.035 in (0.889 mm)。圓柱形與橢圓形在幾何形狀上是近似的，但在相對(duì)於端子長(zhǎng)軸運(yùn)動(dòng)方向上有所區(qū)別。橢圓形之長(zhǎng)軸平行於運(yùn)動(dòng)方向，而它對(duì)於圓柱形的長(zhǎng)軸則是垂直的。所有的端子在鎳層上都鍍上了50μin(1.27μm)金。

全部50或120g的正壓力施加於端子上，擦拭接觸運(yùn)動(dòng)由於在X-Y工作平臺(tái)上之運(yùn)動(dòng)面產(chǎn)生。在所有的情況中擦拭接觸長(zhǎng)度為0.025in(0.635mm)。