电子产品接触不良？当然可以治愈

大家还记得小时候看电视的经历吗？电视剧看得正热闹，图像就开始不清晰了，站起来拿手拍拍拍，电视又可以正常播放了。大人们说，这是“接触不良”。

电子产品似乎常常发生接触不良，而且这种故障表现出来时好时坏，甚至有时候表露出来的现象令人疑惑不解。

今天，我们来说一说在电子元器件中发生接触不良比例极高的连接器，来认识一下何为“接触不良”，并且又该如何做好物料选型和认证来避免这些问题。

连接器接触界面和接触不良

连接器一般是针接触件和孔接触件之间的连接。我们知道，元器件的引脚或端子，一般是有一层镀层，比如镀锡、镀银、镀金等等。所以组件之间的接触，其实就是这些镀层金属之间的接触。当然，不同的镀层金属的导电率是不同的，对应产生的接触电阻也有所不同。在焊接工艺时，由于焊接实际上是形成合金的过程，这个合金本身就是良导体，所以焊接本身的可靠性是比较高的，除非是焊接不良。但是，连接器之间的连接，靠的是表面之间的接触，所以容易导致接触不良。

图1：连接器接触界面

两个金属表面之间的接触是否良好，主要取决于材料、接触压力、实际接触面积。关于材料种类，上面已经提到了，一般器件的镀层材料，基本上都是由良导体做的，对接触不良的影响不大，但是表面镀层氧化程度和腐蚀情况会影响接触电阻。关于连接器的接触压力，连接器行业专业术语叫做“正向力”。连接器靠的是孔接触件的弹力来给针接触件一定的压力的。一般压力越大接触得也越好。而且如果这个孔接触件本身的弹性不好，这个压力就小，接触也就没那么好。同时，如果孔接触件或针接触件有变形，也会导致实际接触面积小，从而有可能导致接触不良。

图2：插针与插座配合示意图（F表示正向力）

以上是从宏观的角度来分析的。事实上，要真正理解接触不良问题，必须从宏观逐渐深入到微观去理解接触问题。

接触件的表面肉眼看起来是光滑的。事实上，这些接触件表面并不光滑。所以，把连接器的接触件放大到一定程度时，你会发现，其表面是充满了凹凸不平的。可以这样去理解，在外层空间观察地球表面，会发现有的地方是很平的，但是你不断地逼近来看，就会发现，其实远看是平的地面可能包含了不少小丘陵和山谷。

图3：连接器接触界面微观模型

因此，两接触件表面接触时，其实是凹凸不平的表面之间的犬齿交错的接触。有的地方，可能是凸的和凸的相接触，而那些凹下去的表面，可能就接触不到对方的表面。所以，表面上看起来接触紧密的金属表面之间，事实上是凹凸不平的表面之间的接触。其真正有效接触面积已经大打折扣了。当然，两表面接触时，接触面之间的压力会对接触状况造成影响。压力大，就可以使两表面间互相嵌入得更深入，同时，有的凸起在压力下产生形变，变得没这么突出，使其周围更矮的地方也有可能接触在一起了。所以，压力的大小其实最终是影响到了表面间实际有效接触面积的大小。

图4：接触电阻和正向力（接触压力）关系

另一个方面，金属表面的氧化和杂质，也会导致接触不良。我们说引脚或端子没有氧化，是以肉眼来看的。事实上，暴露在空气中的金属，肯定会不同程度地受到氧化，氧化程度与金属材料、环境状况、放置时间密切相关。所以，我们一般意义上肉眼判断的“没氧化”只是说氧化不是很严重，事实上，氧化是客观存在的。金属氧化物一般是不导电的。所以，这些引脚或端子表面，某些区域已经分布了一定的氧化层，这些氧化层使实际有效接触面进一步减少。

同时，杂质的影响也不可以忽略。金属表面与其他物质接触时，会沾上杂质。比如，人的手的皮肤上，事实上有大量的汗渍油脂等等物质，人手碰到引脚或端子，就会把这些杂质沾到其表面上。另外，空气中含有大量的尘埃，这些尘埃包括灰尘、粉尘、各种物质间摩擦产生的微粒、尾气、烟雾、人造纤维尘埃、人体的体屑和吐沫、微生物，等等。暴露在空气中的金属，必定会沾上这些微粒。这些杂质我们肉眼看不到，所以，可能会认为这些元器件的引脚或端子很“洁净”。殊不知，这些杂质对于原子来说，是个“庞然大物”了。杂质覆盖到金属表面，影响到了两器件金属原子之间的直接接触，于是，也使实际有效接触面进一步减少。

上面的压力、变形、氧化、杂质问题都会对金属表面的接触造成影响。肉眼认为的金属间的“接触良好”的实际状况远远没有人们想象中的那么完美。其次，还有一个困扰大家的是，为什么接触会时好时差呢？

为什么接触会时好时差呢？

金属接触时，如果有明显的外力作用时，接触状况发生变化，大家比较容易理解。比如，连接器接触不良时，用手去压一压，可能就好了。有的器件内部接触不良，比如文章开头提到的电视机，振动一下或敲一敲这个器件，有时可能又好了，再敲，又可能接触不良。但是，还有些接触不良现象，表面上看起来是比较奇怪的。比如，有的人说，我明明没有碰那个器件，它怎么会从接触良好到接触不良呢(或接触不良到接触良好，这里的“良好”“不良”实际上是指接触电阻小或大甚至开路)一般说的“不碰”，指的就是没有直接去碰那个器件。于是，很多人就以为，这个器件就没有受到新的外力，因此，接触状态是不应该变化的。

事实上果真如此么？我们假设某个器件装在成品上，这个成品放在桌子上。这时，这个器件是处于静止状态，它必定是出于受力平衡状态。然后，有人拿起来了这个成品，这时，里面器件有没有受到新的外力呢？我可以很肯定地告诉你，受到了新的外力。很简单，这个器件从静止到运动，运动状态改变了，所以必定是受到了新的外力的影响。既然这个器件受到了力的作用，接触面之间就有可能重新作用，变形或位移，于是，以前的接触状态可能发生了变化。

我们再回忆上面讲到的理论，金属表面间的接触是凹凸不平的犬齿交错的接触，同时这些表面还有氧化层和杂质。如果以前的接触，正好处于接触良好（或不良）的临界点，我们想一想，这个状态改变了，那么有几个可能，一个是变得更多地方接触不上了，也有可能是变得更多地方接触上了。这一切都取决于这3个因素：1、表面凹凸程度、氧化物和杂质的分布状况；2、初始接触状态；3、受力或形变（或位移）方向。上面这三个因素中任何一个因素都是有无数种可能的。所以，外力的作用后，产生的后果也有无数种可能性。比如由接触不良变成了接触良好，或由接触良好变成了接触不良。比如，以前接触不良的，外力作用后，变得恰好有不少凹凸之间正好吻合接触上了，然后，由于凹凸之间相“咬”，于是，再受一般的外力，他们还是咬合得较好，于是还是表现为“接触良好”。当然，如果这种接触之间的压力不够大，再加上杂质较多，那么即使短时间内不会再出现接触不好，时间久了，各种因素不断地作用，总有一天可能还会变成接触不良的。

另外，器件间的热胀冷缩也会对接触面进行影响，使其受力或变形。除了环境温度的变化，机器自身工作时的发热也会造成机器内部温度的变化。运动是绝对的。以上各种变化和运动，都在不断地影响到接触面之间的状况。人们表面上认为没去“动”这些器件，表面上是波澜不惊，但事实上，不断地有外因作用于这些接触面，接触面的接触状况已经发生了“波澜壮阔”的变化。

有的器件内部断了，但是断面还碰在一起。于是，从外面测试起来还是导通的。可是这种接触是非常不可靠的。因为，断了后，其断面放大来看，有很多的凹凸不平，重新接触时，稍微有一点位移，那些凹凸就不能像刚断时那样吻合，于是，接触面积大大减少； 同时，他们之间的接触，表面间的压力是很小的（只是“碰”在一起）。于是，这种表面上的接触良好，在外界作用到一定程度时，总有一天会彻底开路的。

接触不良案例分析

下面我们看一个连接器接触不良的实际案例。某通讯设备公司使用标有C公司和A公司的各一根水晶头网线对一个以太网口进行试验时发现，A公司水晶头插拔数次都无出现ACT灯闪（ACT灯闪即网口连接器接触不良），而用C公司水晶头就发现摆动网线时就出现了网口连接器接触不良问题，对A公司和C公司水晶头进行分析差异如下：对两种水晶头的A尺寸进行测量得： A公司提供的水晶头压接高度为6.02mm±0.13。

图5：水晶头压接尺寸

C公司水晶头A尺寸平均为5.92mm，最小值是5.85mm（压接不合格），最大是5.98mm（压接合格）。A公司水晶头A尺寸平均为6.35mm，最小值是6.24mm （压接不合格），最大是6.45mm （压接不合格）。

为了证明接触不良问题与水晶头厂家无关，用A公司水晶头做了一根与C公司水晶头的A尺寸一样的网线也出现了接触不良问题。并制作了一根符合A公司推荐公差的水晶头，A尺寸为最小5.89mm，最大6.12mm，插入此网口连接器时也出现了接触不良现象。

问题基本定位于网口连接器，此网口连接器使用的是A公司连接器。寿命200次，测试人员认为此网口连接器插拔次数已不止200次了，观察此接触不良的网口连接器发现此连接器的簧片已经有一定的变形，对比其他8PIN的网口连接器，发现此连接器簧片的弹力要比其他的差并易变形，对水晶头要求高，即对A的尺寸要求高，压接高度大于推荐的尺寸范围导致簧片易变形。

图6：接触不良样品和配合示意图

分析结论：网口连接器的簧片变形是引起接触不良的主要原因，导致水晶头与簧片接触面积降低。引起网口连接器簧片变形的原因，首先网口连接器簧片本身的机械性能，插拔次数超过200次的插拔寿命。另外使用的水晶头压接高度超过推荐值，制作网线时，水晶头的压接高度不规范，加速了簧片变形。

连接器选型和认证注意事项

如果想减少连接器产生接触不良，我们最好从连接器选型的源头把好关，挑选可靠性高的器件。但是多数客户面临的问题是连接器供应商数量太多，质量、服务水平参差不齐。从大量的各种各样的连接器中选择出符合要求的连接器，不是一件简单容易的事。例如，连接器外形大小，结构绝缘材料类别，接触件的金属材料及镀层类别以及端接技术方法等等，都直接与系统留出的空间、性能要求和互连要求有关。

连接器选型一般关注三大基本性能：机械性能，电气性能和环境性能。

在选择连接器时，首先要考虑电压和电流要求，并说明连接器要用于低电平电路还是电源电路。尤其是在弱电流低电压的情况下，由于不能穿透氧化层，所以选择接触件镀层不容易氧化的连接器。其次要考虑的电参数有：接触电阻、绝缘电阻，耐电压等。

连接器的可用空间及连接器的尺寸是选取连接器必须要考虑的。连接器的接触件密度越高，尺寸就越小，接触件间距也越小。紧密的接触件通常意味着有较少的绝缘和承受较低的作用力。除此之外，选用连接器时还需考虑以下机械参数：正向力（接触压力）——由使用要求和性能要求而定，较大的接触压力意味着较大的插入力和拔出力。插拔寿命——如果插合和分离的次数很少，则可采用低成本接触件的连接器，如果插拔少于50次，可采用较经济的冲制接触件，镀层厚度也可选得较薄一些。振动和冲击——根据预期的振动和冲击选择相应的连接器，为防止振动引起连接器的分离，必须选用合适的锁紧方式。定位销——为防止类似的连接器的错误插合，可以选用定位销。

连接器在使用和运输过程中所处的环境对其性能有显著的影响，所以要根据预期的环境条件选用相应的连接器。环境温度——由连接器的金属材料和绝缘材料决定着连接器的工作温度，高温会破坏绝缘材料，使金属加速氧化并引起镀层变质。在极低的温度下，也可能引起绝缘体开裂和起层。通常环境温度为-65°C~+200°C。潮湿或水——用于设备外部的连接器，常常要考虑潮湿、水汽和污染的环境条件，这种情况下应选用密封的连接器。

制定选型指导书可以使硬件开发人员快速选用质量可靠的连接器，根据以往的产品失效分析经验和可靠性数据，建立起优选器件类型，避免选择固有可靠性差的器件。比如PLCC插座容易产生接触不良，一些客户已经明令禁选，产品开发过程中尽量避免类似器件的选用。

我们在确认好连接器后，接下来就是承认验收的过程。而往往很多客户不知道该如何定义质量规格。供应商给什么就用什么。比如插拔寿命多少次？镀层厚度如何定义？材料如何选择？供应商按客户要求交完货，使用过程中才发现无法满足整机产品的质量要求。所以我们首先要让供应商清楚我们的质量要求。比如我们的插拔寿命需要750次。比如我们做弹性元件一般选用磷青铜材料，供应商设计时如果选用黄铜，一般是难以满足要求的。我们表层镀金时一般用镍做中间阻挡层，镍厚度一般要求是1.27μm Min.厚度太薄会影响插拔寿命。只有你比供应商更了解质量要求，才能采购到可靠性高的器件。

供应商送样承认时，有些厂商就提供一个尺寸报告，客户也就判定合格了。新产品或做替代产品认证时，需要制定全面的承认书。包括客户图纸，尺寸报告，膜厚测试报告，流程图/QC工程图,DFMEA和PFMEA文件，可靠性测试报告，跌落测试报告，包装规范，ROHS声明等等。经过全面测试验证的产品，才能保证质量合乎我们的要求。

物料认证过程中，关键物料需要进行DPA分析。DPA分析即破坏性物理分析，它是在电子元器件成品批中随机抽取适当样品，采用一系列非破坏和破坏性的物理试验与分析方法，以检验元器件的设计、结构、材料、工艺制造质量是否满足预定用途的规范要求。连接器DPA测试项目一般包括：外观结构，尺寸，材料分析，镀层分析，X-RAY分析等等。

图7：某款连接器X-RAY分析发现短路情况

而连接器的供应商认证，须了解供应商拥有的制造能力。一般连接器的制程包括设计、模具、冲压、注塑、电镀、组装、测试等等。具体了解供应商在关键工序的能力或经验非常重要。通过了解，你可能会发现很多供应商都没有足够的模具、电镀或者测试能力。审核过程中可以注意以下重点工序：

一、供应商的模具能力非常关键，特别是对于定做连接器的公司。工程师的模具设计能力、设计软件、制造设备都是审核的关键。此外，还要审核供应商的模具合同是否合理，模具的好坏通常并不能通过样品的质量来判断，因此在模具合同中一定要定义模具的使用寿命和验收标准。

二、对冲压和车削流程，可以检查供应商对模具、工具的使用寿命是否有记录，对设备维护、过程检验等是否有记录。车间的现场管理也很重要，包括合格料、不合格料的摆放，5S管理，产品的可追溯性等等。

三、对于物料的控制，包括来料检验、仓库管理、注塑等等环节。有些公司会使用二次料或回收料，并且对物料之间的批次没有进行有效的跟踪。仓库管理环节，需要关注是否进行批次跟踪、先进先出、温湿度控制等等。

四、对供应商测试能力的评估，包括原材料测试、过程检验、最终检验、出货检验等。例如对来料检验，可考察其是否有电镀层测厚仪、三坐标分析仪、显微镜；对于性能测试，可检查是否有接触电阻、绝缘电阻、耐电压、插拔力、可焊性等测试能力。

总结

我们从微观角度认识了连接器接触不良，而要最终解决连接器接触不良，则还须从源头出发，即连接器的选型和认证阶段。物料选型与认证是一项产品工程，是产品质量可靠性保证的重要组成部分。产品一旦选用了某物料，其质量、可靠性乃至成本基本上60％都已固化。

如何确定物料的质量规格，如何识别不同厂家的物料优劣，如何对物料厂家进行认证，这些专项技术，在业界领先公司都有专业的团队来进行研究，并有系统化的流程来保障物料的选用，而目前国内厂家相关的能力普遍还比较薄弱，因此从物料选用开始，产品质量就和业界领先公司拉开了差距。

2014年至今，华为，以及一度被互联网手机掩盖风头的OPPO、vivo挑起了国产手机的大梁，这些拥有十多年经验的手机厂商，携带着互联网公司所不具备的元器件供应链管理、研发体系、质量管理、库存管理等能力，一时风光无限。而他们多次表示，这些在手机制造业多年的能力与经验的积累，是其厚积薄发的关键。无一例外，这三家企业都有其独立而专业的团队来负责物料的选型和认证，为制造高质量手机提供了强有力的保证。

作为中小企业，要建立这样的物料选型和认证平台，需要大量的人力物力，成本太高，而且缺乏经验，需要的周期很长。深圳市壮壮优选技术股份有限公司，从创立之初，便以帮助国内电子企业打造高性价比产品、提升产品竞争力为目标，其智慧选型服务为国内电子企业提供物料选型和认证服务，例如定制物料质量规格书、定制选型指导书、物料DPA分析，供应商质量能力认证等等。

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