連接器磨損對連接器的性能影響巨大,因為磨損過程消除了為接觸材料提供腐蝕保護的連接表面層。最常用的接觸材料是銅合金,所有這些材料在典型的連接器工作環境中都容易腐蝕。
連接器磨損有兩個主要原因。最明顯的一種情況是,當插頭和插座接觸面互相滑動接觸時,每次咬合過程都會發生磨損。第二種是連接器使用期間由于微動而產生的磨損。微動是由機械擾動或熱膨脹錯配力引起的小尺度運動,從幾微米到幾十微米。
首先,磨損機制可能非常復雜,因此本文討論僅限于對連接器磨損過程的一些簡單觀察。磨損可以用一個簡單的方程式來描述,盡管方程式中參數的含義可能相當復雜。方程式如下:
V = k F L/H
其中V是磨損體積(在單個磨損體中從界面移除的金屬的體積),k是磨損系數,F是施加的載荷(連接器的接觸法向力),L是磨損體的位移長度,H是接觸金屬的硬度。
對F、L和H的解釋相對簡單。接觸力F是連接器設計參數。磨損體的長度是咬合時的嚙合長度,或微動位移的長度。接觸咬合長度是連接器的設計參數,但微動位移的長度與許多參數有關。在方程式中,H是接觸金屬的硬度。對于這類材料,硬度是確定的。對于兩種不同的金屬,它是復合硬度。在連接器中,兩個接觸表面光潔度一般相同,如金,但鎳底板的厚度和觸頭材料的硬度可能不同,因此復合硬度是合適的。然而,對于給定的連接器,F、L和H可以被認為是“已知的”。
磨損量V需要一些解釋。連接器磨損量的參數是每一次磨損體中表面厚度的損失。V=at,其中A是接觸界面的面積,t是被移除的材料的厚度。A取決于幾何設計。磨損是由于針點接觸到一個表面,而不是一個厘米直徑的球軸承;對于幾何設計來說是很重要的。同樣,對于給定的連接器,這種關聯也可以被認為是“已知的”。
但是k是一個許多參數的變化因子。其中最重要的參數是接觸力F、硬度H、接觸幾何形狀、表面粗糙度以及接觸表面的潤滑狀態等。再次強調,F,H,接觸幾何設計,和表面粗糙度,對給定的連接器來說是“已知的”。潤滑狀態取決于使用連接器的環境。我認為,實際上,接觸力是連接件的k中最重要的參數。
需要注意的是,在接觸界面的微尺度上,所有的表面都是粗糙的。為了簡單起見,給出了兩個接觸點或凹凸點。在下面的討論中,假設第一個接觸點創建接口,并且隨著負載的不斷增加,使表面更加緊密,接口(b)開始起作用。
綜合考慮連接器的性能。在可以接受/需要低接觸力的應用中,例如在小電流、高pin數的低咬合力和高耐久性應用中,預期的磨損機制是拋光磨損,并且磨損率將很低。一般來說,功率應用將需要更高的接觸力,以滿足在電阻和穩定性方面對接觸界面的更高要求。在這種情況下,粘合劑和磨料磨損機制可能更活躍。這是許多功率連接設計利用多個接觸梁的原因之一。這些系統降低了連接器電阻,因為多個梁是電并聯的,并且它們也可以設計成具有較低的接觸力,以減少粘合劑和磨料磨損的可能性。
當然,在連接器系統的設計和制造中,磨損問題需要最佳的解決方法。由于磨損率與硬度成反比,錫成品連接器的磨損率將高于金連接器。這種關系也說明了為什么通常使用所謂的硬金。另一個影響黃金成品連接器磨損的設計參數是鎳底板。光潔度的高低會影響連接器在沒有磨損的情況下所能承受的磨損次數。這方面要考慮薄金或閃光金等。如果發現連接器系統在磨損性能方面不足,則接觸潤滑劑能夠充分提高性能,以滿足應用要求。連接器的設計需要充分考慮磨損問題,否則對連接器性能的影響將是致命的。