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秦经理
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高频数据线接口USB3.1 type C 连接器可靠性研究

发布时间:2020-08-04    点击次数:次   
USB3.1 type C失效机理分析
      JCE多年来专注于电连接器的可靠性分析研究,获得丰硕成果,总结USB插接件在使用过程中存在着复杂的机械与电气双重特性,其常见失效模式和失效机理如下:
1) 多余物
     电连接器内部存在的多余物,会造成信号随机失效。产生的原因主要有:
a.设计选材和结构不合理,由于插头插座选用硬度相差悬殊的异种材料,加上结构形式先天不足,构成了产生多余物的隐患。
b.结合力差,起泡掉皮电镀前对壳体表面的预处理不良,镀铜后停留时间过长表面氧化或镀液成分不正常等,都会导致膜互换性检查时稍经装拆就剥离,特别是装配连接部位。
c.加工精度及尺寸一致性差互换性检查时发现装配连接部位有残留的加工毛刺或公差配合尺寸过紧,将过盈金属切削下来而产生多余物。
2) 接触不良
     接触不良会造成接触电阻大、导通不良,这也是电连接器的一个致命缺陷。从微观角度分析,任何光滑的表面都是凹凸不平的。因此,两个接点接触时,不可能是整个接触面接触,而是有限点的接触。显然,实际接触面小于视在接触面,其差异决定于表面光滑程度和接触压力的大小。实际接触面分为两部分:一是金属与金属的直接接触,二是通过界面氧化而形成氧化膜,有机气体吸附膜或尘埃等所形成的沉积膜而相互接触。因此,造成接触电阻大,导通不良的原因主要有:
 a.集中电阻大
     集中电阻是指电流通过接触面时,由于接触面缩小而导致电流线收缩所显示的电阻。它是由接触压力或热作用破坏界面膜而形成金属与金属直接接触所构成的电阻。其大小与材料本身的特性、生产工艺(如粗糙度、电镀质量和热处理后的性能等)和接触压力等有关。
当接触压力加大后,一方面由于接触触点的数量和面积逐渐增加,另一方面当接触面的压力超过材料屈服时,接触触点将从弹性形变过渡到塑性形变。因此,集中电阻将减小,然后趋于稳定。而插孔过大或接触簧片应力松弛都将使接触压力减小,集中电阻加大。
为保证接触可靠和有一定的接触压力,电连接器装配前对插孔、插针都要进行的插拨力(分离力)检查。装配成成品后也应按技术条件进行单孔和总的插拔力检查。
 b.膜层电阻大
     膜层电阻是指由于周围环境条件及有害气体的影响,造成接触表面形成膜层而构成的电阻。当电连接器插孔插针采用镀银时,加电压通断试验后发现碳、硫、锌、氧等有害元素会在接触表面大量出现。在表面生成使接触电阻不稳定的氧化膜。氧化膜的生长与温度、湿度有很大的关系。温度越高、湿度越大,生长速度就越快,这是膜层电阻的主要来源之一。膜层电阻的另一来源是尘埃、松香、油污等在接触表面上机械附着、沉积,形成了较松散的表膜。由于这些带有微粒的物质嵌藏在接触表面的微观凹坑处,所以使有效的接触面积缩小,接触电阻加大,且不稳定。
3) 绝缘不良(漏电、绝缘电阻低、击穿)
     连接器表面有受潮的尘埃、焊剂等污染物,有机材料析出物及有害气体吸附膜与表面水膜溶合形成离子性导电通道。
4) 弹性元件断裂
     由于材质不良或热处理质量控制不当,造成作为电连接器锁紧装置的弹簧、压簧等弹性元件脆断、疲劳损坏等事故。电连接器制作完成后,其失效模式和失效机理已固定。只有在可靠性设计基础上,保证生产线上严格采取可靠性技术措施,如生产工艺的严格控制、生产环境条件的控制、各工序过程中的检测等,才能保证电连接器的可靠性和稳定性。
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