连接器可靠性及其测试方法课件

,書式設定,書式設定,第 2,第 3,第 4,第 5,*,書式設定,書式設定,第 2,第 3,第 4,第 5,*,1,电子连接器可靠性及其測試方法,1电子连接器可靠性及其測試方法,2,一、产品的可靠性,“,可靠性,”,译自英文,“,Reliability,”,，,日本人将之译为,“,信赖性,”,，指在给定条件下、规定期间中，一个产品执行某种功能的可能性。开始发展于第二次世界大战期间，发展历程如下：,1，真空管时代,二战期间，美军作战的战斗机使用的通信设备中半数以上无法使用，经过详细调查发现几乎都为真空管不良引起。但对真空管进行品质全面检查时，从进料、生产、出货整个过程都完全达到图面要求的规格水准。此时才发现产品还需要考虑坚固耐用，并将其导入设计规范和图面中，开始以制造不易故障的产品为目标。,2，阿波罗计划,将可靠性技术导入阿波罗计划中，使原本落后于前苏联的太空计划，因阿波罗登月成功而后来居上、一举成名。,2一、产品的可靠性“可靠性”译自英文“Reliability,3,一、产品的可靠性,3，1965年,IEC(,国际电气标准委员会)设立可靠性技术委员会。1975年正式发表可靠性和可维护性规范(,Reliability&Maintainability),4，可靠性技术引入日本约在1960年前后，最成功的例子是日本新干线。到目前为止，新干线已累积运行近10亿公里，足可环绕地球25,000圈以上，从未发生重大事故。,可靠性包括三个方面的要素,1，给定的条件，亦即使用条件或环境条件,2，规定的期间，亦即产品寿命,3，要求的性能，性能或故障的定义,3一、产品的可靠性3，1965年IEC(国际电气标准委员会),4,二、产品品质与可靠性,产品品质,技术特性,产品特性,功能方面,实用方面,尺寸配合,使用特性,(性能),坚固耐用,维修容易,可靠性,可维护性,狭义品质,广义可,靠性,Q、C、D,Q:Quality;,C:Cost;,D:Delivery,4二、产品品质与可靠性产品品质技术特性产品特性功能方面实用方,5,三、电子连接器的可靠性,1，简介,连接器的可靠性考虑如下几种因素：,A、,产品设计和产品制造的材料,B、,操作环境,C、,功能要求应用的环境，特别是温度、湿度、腐蚀性，决定了哪些自身的失效机理会发生作用，而连接器功能的要求，决定了怎样的失效程度是允许的。,2，可靠性评估的程序,连接器可 靠性评估程序包括如下内容：,A、,决定应用的可接受的标准，包括端子电阻和其它的失效模式。按照应用的重要性确认发生作用的失效机理并分类。,B、,开发测试程序处理预测的应用中的失效机理，排列并分等级。,C、,定下加速因子(规定,X,天暴露的,A,试验相当于,Y,年的,B,项应用)，如有可能，做特别的测试。,D、,根据从鉴定程序得来的数据，作适当的数据分析和数据统计处理。,E、,评估可靠性以上的步骤依赖于工程上的判断。连接器的制造商和用户应该对鉴定程序的内容和方法一致同意认可。,5三、电子连接器的可靠性1，简介,6,三、电子连接器的可靠性,3，连接器的定义,从功 能上定义：电子连接器：在一个电子系统中的两个子系统之间提供一个,可分离,的连接，而又不会对 系统的性能产生,不可接受,的影响。可分离性是我们要使用连接器的理由，方便对一个系统的子系统或零件的维修、升级。同时，这种连接对系统的性能不能产生任何不可接受的影响。例如信号的吸收、衰减、电力的损耗。可分离和不可接受的的限度的要求，决定于连接器的具体应用要求。,从结构上定义：,连接器有四个结构性的元素，它们是：,A、,端子(间)的接触界面,B、,端子的表面处理,C、,端子的簧片,D、,连接器的壳体请参考图1-1。,6三、电子连接器的可靠性3，连接器的定义,7,三、电子连接器的可靠性,连接器的结构,端子(间)的接触界面,端子的表面处理,端子的簧片,连接器的壳体,图1,7三、电子连接器的可靠性连接器的结构端子(间)的接触界面端子,8,三、电子连接器的可靠性,A、,端子(间)的接触界面,端子间的接触界面决定了端子的电阻、连接器的寿命(性能不失效的情况下插拨次数)和失效的发生。端子间的接触界面有两种形式：可分离性接触-连接器的每次插入时形成的联接永久性接触-连接器固定在子系统上的点，这些点是当作永久连接的。,B、,端子的表面处理,端子的表面处理有两个主要功能：,a、,保护端子簧片的基材不生锈,b、,优化端子间的接触界面端子的表面处理主要分为两大类：,a、,贵金属表面处理我们所讲的贵金属即惰性金属。主要有金(,Au)、,钯(,Pd),及其合金。,b、,非贵金属的表面处理锡是最常用的非贵金属表面处理，因为它的表面氧化层很容易在连接器插入过程中被破坏掉。,8三、电子连接器的可靠性A、端子(间)的接触界面,9,三、电子连接器的可靠性,C、,端子的簧片,端子簧片提供如下三个功能：,a、,传输电力或信号,b、,提供端子正向力来建立和维持可分离的端子接触界面,c、,提供永久性端子接触界面的连接点,D、,连接器壳体(,HOUSING),连接器壳体提供如下四项功能：,a、,端子间的电气绝缘,b、,固定端子的几何位置，利于插入和尺寸稳定,c、,为端子提供机械保护和支撑,d、,将端子从应用环境中隔离开来，减少对腐蚀的敏感,9三、电子连接器的可靠性C、端子的簧片,10,三、电子连接器的可靠性,4，连接器的电阻,R,总体电阻=,R(,永久性接触)+,R(,体电阻)+,R(,接触电阻)公式 1,如 图 2所示的连接器，通过测量两个,PCB,板的引线可以测量连接器的整体电阻。电阻范围大约为220微欧姆。电阻包含三个方面：,a、,永久性接触界面的电阻的范围为几个至几十个微欧；,b、,体电阻 是端子弹簧片的电阻，图2指的是公型弹簧片和母型弹簧片的电阻，取决于弹簧片的材料、几何形状，其范围也一般为几至几十微欧。,C、,可分离式的接触电阻一般只有几个微欧或更低。低的和稳定的电阻是连接器的一个主要要求之一，永久性接触电阻和体电阻是稳定的，总体电阻的不稳定是由,接触电阻,引起的。,R(,接触电阻)=,R(,集中电阻)+,R(,膜层电阻)公式 2,R(,集中电阻)主要由接触的面积及接触面的表面处理有关膜层主要有：氧化物膜层，存在于大部分膜层化学膜层，包含氯化物、硫化物、氮化物等，所处的环境有关，是化学粘附吸附膜层，通常为水和有机物，松散地吸附在表面污染物层因此，,R(,膜层电阻)主要与其使用的环境有关图 3 和 4 分别描述了集中电阻和膜层结构。,10三、电子连接器的可靠性4，连接器的电阻,11,三、电子连接器的可靠性,图 2 连接器电阻组成示意图,R(,永久性接触),R(,永久性接触),R(,体电阻),R(,体电阻),R(,接触电阻),11三、电子连接器的可靠性图 2 连接器电阻组成示意图R(永,12,三、电子连接器的可靠性,图 3,接触电阻示意图,集中区域,接触点,膜层,12三、电子连接器的可靠性图 3 接触电阻示意图集中区域接触,13,三、电子连接器的可靠性,图 4,典型的覆盖的膜层结构,金属底层,冷作硬化层,氧化物层,吸附物层,污染物层,13三、电子连接器的可靠性图 4典型的覆盖的膜层结构金属底层,14,三、电子连接器的可靠性,5，连接器的功能,连接器分为,信号连接器和,电源连接器,这两种连接器的功能要求是不同的。,14三、电子连接器的可靠性5，连接器的功能,15,三、电子连接器的可靠性,6，连接器的应用,为了理解连接器的应用,AMP,建立了六个等级来定义系统中不同的内部连接，即电子封装的六个等级。,等级 1：芯片内部集成电路与金属引脚之间的连接,主要由高速自动的方法制造,非常特别,通常不是可分离的和可修补的,装入到器件的封装中,必须极端可靠,例如各种芯片,等级 2：芯片与,PCB,之间的连接,通常必须能耐焊接的环境,相对来说，尺寸较小，通常不需要固定硬件,低的插拨次数要求,由专业人员服务,例如,DIP Socket,例如,PGA(Pin Grid Array,针阵列)370，,mPGA478(Northwood),15三、电子连接器的可靠性6，连接器的应用,16,三、电子连接器的可靠性,6，连接器的应用,等级 3：,PCB,之间的连接，通常有三种，即垂直板连接(,mother/daughter,)，,平行板连接,(,Parallel Stacked,=),和同一平面内连接(,Planar,一 一)。,插拨次数在几十至上百次。,针的数目比较多，有超过1000，属高密度连接器。,由于高的针数目，插拨力比较重要，有导向作用的硬件和键。,高速的能力支持板的处理速度，微毫秒、微微秒开关，可控制的阻抗开始变得重要。,要求可维修性。,在系统的层次，是专业人员服务，但用户直接使用的情况在增长，因此要考虑坚固性。,例如：,AGP、PCI、DIMM、Card Edge,系列。,等级 4：子系统之间的连接，由于子系统之间能常都有一定的距离，因此一般都通过,Cable,和,Harness,完成。,特别的结构，便于电缆的应用。,插拨次数在几百次。,由于用户自行连接，要坚固。,锁紧结构很平常，防止振动或其它器件的移动而造成的脱离接触。,考虑,EMI/RFI(,电磁干扰)的情况增多了。,屏蔽和过滤的要求增多了。,例如,Ultra ATA Cable,AMP-Latch,CT(Common Termination)Cable,EI/MTEI Cable,16三、电子连接器的可靠性6，连接器的应用,17,三、电子连接器的可靠性,6，连接器的应用,等级 5：系统内部子系统与,I/O,接口之间的连接,由于连接器的一半是在系统的外面，标准化很重要。,同样的原因，要坚固、易用。,考虑屏蔽、过滤和干涉很重要。,其它的要求同等级4。,例如：,USB,系列、,IEEE 1394,系列、,MOD JK,系列、,D-Sub,系列。,等级 6：不同系统之间的连接，包括电缆组件、电源线组件、射频同轴电缆组件及光纤,保留等级4及5的要求,坚固变得很重要,插拨次数要求增加，几百次甚至近千次。,由于更长的暴露的长度，屏蔽和过滤很重要,标准化是一个主要的考虑,工业标准如,RS232、RS-449、SCSI-1、SCSI-2、IEEE 1394、IEEE 802.3，MIL-C-39012(,与射频同轴接插件有关)，,MIL-C-24308(,与,AMPLIMITE,有关)，,V35(,系统内连接和网络工业有关)，905及906(与光纤连接器有关)。,例如,AMPLIMITE,线缆、,USB Cable、MOD JK CABLE，,各种同轴,CABLE。,17三、电子连接器的可靠性6，连接器的应用,18,三、电子连接器的可靠性,图 5,电子封装的六个等级,18三、电子连接器的可靠性图 5电子封装的六个等级,19,三、电子连接器的可靠性,7，连接器的可靠性,A、,定义,在给定的应用条件下，规定的期间内，保持规定的连接器电阻范围的可能性。,B、,失效模式,连接器电阻增大超出规定的范围。,C、,失效机理,腐蚀,磨损,端子正向力,损失,19三、电子连接器的可靠性7，连接器的可靠性,20,三、电子连接器的可靠性,8，连接器的失效机理,A、,腐蚀,腐蚀主要与端子接触界面和表面处理有关。腐蚀导致端子电阻增加的两个主要机理为：,一系列的膜层形成于接触界面和,腐蚀性的的物质渗透至接触界面而导致接触区域减少,必须要考虑的三个常见的腐蚀类型有：,表面腐蚀,指腐蚀膜层覆盖在端子表面，如锡氧化物、钯/钯合金的氯化物,腐蚀迁移,指腐蚀性的物质迁移至端子表面而到接触区域。应用的环境对腐蚀迁移很敏感，例如硫和氯存在的环境,小孔腐蚀,如果腐蚀迁移位置发生于一个小孔，一个小小的电镀表面的不连续的孔，这种腐蚀机理叫小孔腐蚀。小孔本身不影响接触电阻，而只有小孔变成腐蚀源头时，才会使接触电阻下降。,20三、电子连接器的可靠性8，连接器的失效机理,21,三、电子连接器的可靠性,B、,磨损,由于磨损的作用，增加了接触界面对腐蚀的敏感性，通过对