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摘要 瞬間斷電是互連電路常見的一種失效模式。其產(chǎn)生原因是動(dòng)態(tài)接觸電阻的瞬間變化導(dǎo)致傳輸信號(hào)或能量的瞬間中斷。它是影響電連接器接觸可靠性的技術(shù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文在詳細(xì)闡述動(dòng)態(tài)接觸電阻和瞬間斷電等物理意義和影響因素的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了用于監(jiān)測(cè)瞬間斷電失效現(xiàn)象的瞬斷檢測(cè)儀的原理、特點(diǎn)和應(yīng)用。并研討該類儀器在實(shí)際使用中遇到的一些問題。

1 動(dòng)態(tài)接觸電阻和瞬間斷電

1.1 動(dòng)態(tài)接觸電阻

　　電連接器的接觸件接觸形式有點(diǎn)接觸、線接觸和面接觸三種形式。不論何種接觸形式都將在接觸部位產(chǎn)生電阻。在所有影響接觸電阻的因素中，接觸壓力是影響接觸電阻大小的主要因素。當(dāng)接觸壓力保持不變或其變化幾乎可以忽視時(shí)，所對(duì)應(yīng)的是“靜態(tài)接觸電阻”。由于運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的，在實(shí)際振動(dòng)、沖擊、碰撞等動(dòng)態(tài)應(yīng)用環(huán)境將影響接觸部位的接觸壓力，接觸電阻必將隨接觸壓力數(shù)值、方向及時(shí)間的變化而變化，此時(shí)的接觸電阻稱為“動(dòng)態(tài)接觸電阻”。由于這種變化是受外界動(dòng)態(tài)環(huán)境影響而在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生的，電連接器接觸件的接觸電阻有可能受到擠壓而減小，也可能受到牽引而導(dǎo)致增大。甚至致使連接中斷而造成嚴(yán)重后果。

　　產(chǎn)品可靠性定義為在規(guī)定的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，產(chǎn)品完成規(guī)定功能的概率。電連接器要可靠工作，必須保證插合的陰、陽(yáng)接觸件之間接觸可靠，無斷開現(xiàn)象。并保證變化的接觸電阻不超過規(guī)定值。然后在實(shí)際使用過程中，無論何種類型電連接器，都或多或少存在著接觸不良和動(dòng)態(tài)接觸電阻超過規(guī)定值的現(xiàn)象。過去一些老的技術(shù)條件中籠統(tǒng)地用“無電接觸不良”現(xiàn)象來定義，無法定量地評(píng)定電連接器電接觸的可靠性。現(xiàn)在許多技術(shù)條件對(duì)電接觸可靠性的評(píng)定，比過去有所進(jìn)步。許多國(guó)軍標(biāo)電連接器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中將瞬間斷電是否大于 1 微秒，作為電接觸瞬斷的判斷依據(jù)。個(gè)別標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了在此過程中，接觸電阻的增值不能大于某一量值。通過這樣量化，使得這一短暫存在的現(xiàn)象更加具體，具有更強(qiáng)的可操作性。

　　如何檢測(cè)在動(dòng)態(tài)應(yīng)力環(huán)境條件下發(fā)生的瞬間斷電現(xiàn)象？通常是在產(chǎn)品進(jìn)行振動(dòng)、沖擊、碰撞等動(dòng)態(tài)應(yīng)力環(huán)境模擬試驗(yàn)時(shí)，對(duì)被檢電連接器及其組件（線束）在規(guī)定的時(shí)間、規(guī)定的方向，施加規(guī)定的頻率和加速度，配套應(yīng)用瞬斷檢測(cè)儀作為監(jiān)測(cè)儀器檢查有否超過規(guī)定的瞬間斷電現(xiàn)象。例如在 GJB681 “射頻同軸連接器總規(guī)范”中規(guī)定；當(dāng)接有電纜的連接器在進(jìn)行高頻振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)采用一個(gè)在 100mA 電流下能夠檢測(cè)出 1 μ S 和優(yōu)于 1 μ S ，或者所規(guī)定的中斷時(shí)間間隔的檢測(cè)器來監(jiān)測(cè)電氣的連續(xù)性。

1.2 影響動(dòng)態(tài)接觸電阻的主要因素

　　造成電連接器動(dòng)態(tài)接觸電阻變化的原因很多，首先要排除人為因素的影響；例如操作人員在采用焊接、壓接等端接工藝時(shí)造成虛焊或虛壓，裝配時(shí)不規(guī)范操作引起的不可靠連接，特別是射頻連接器的連接用力過重或過輕，甚至極小的一點(diǎn)偏心或空氣間隙，都會(huì)使傳輸信號(hào)發(fā)生極大的衰減或反射，導(dǎo)致信號(hào)失真。故使用操作人員的責(zé)任心尤為重要，應(yīng)盡可能使用定力矩板手進(jìn)行連接。

　　此外，還應(yīng)消除外在因素的影響，主要是指安裝夾具、試驗(yàn)和檢測(cè)設(shè)備等影響。在進(jìn)行振動(dòng)、沖擊、碰撞等動(dòng)態(tài)應(yīng)力環(huán)境試驗(yàn)時(shí)安裝夾具在結(jié)構(gòu)剛度的設(shè)計(jì)、材料選用、尺寸加工、安裝調(diào)試時(shí)應(yīng)盡可能防止諧振的產(chǎn)生。因?yàn)榘惭b夾具的諧振對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響很大。

　　眾上所述，影響電連接器動(dòng)態(tài)接觸電阻變化的主要因素為插合狀態(tài)的陰、陽(yáng)接觸件間的接觸壓力過小和諧振兩方面。前者要求設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行電連接器產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在保證其使用性能的前提下，適當(dāng)增大接觸壓力。但過大的接觸壓力會(huì)出現(xiàn)接觸電阻鈍化現(xiàn)象，即使接觸壓力增加很多，接觸電阻也不會(huì)明顯減小；相反會(huì)造成接觸件的磨損加劇，使用壽命縮短，并導(dǎo)致電連接器使用時(shí)總分離力過大，插合后分離非常困難等諸多問題。故設(shè)計(jì)增加接觸壓力務(wù)必適當(dāng)。后者是由于電連接器及其接觸件都有各自不同的諧振頻率。這種諧振與電連接器所選用的材料、結(jié)構(gòu)、尺寸、形狀和重量等許多因素有關(guān)。實(shí)踐證明；當(dāng)電連接器諧振頻率較低時(shí)，電接觸瞬斷失效現(xiàn)象大多發(fā)生在 80HZ 以下的低頻段。而電連接器諧振頻率較高時(shí)，電接觸瞬斷失效現(xiàn)象大多發(fā)生在 200HZ 以下的高頻段。由于諧振（即共振）嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電連接器結(jié)構(gòu)破壞，故在設(shè)計(jì)電連接器時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用情況盡量避免或減小諧振現(xiàn)象的發(fā)生。

1.3 動(dòng)態(tài)接觸電阻的檢測(cè)

　　為準(zhǔn)確檢測(cè)動(dòng)態(tài)應(yīng)力環(huán)境下電接觸的瞬斷時(shí)間和接觸電阻的變化，必須防止接觸表面的氧化膜和絕緣薄膜被檢測(cè)回路中的大電流或高電壓擊穿。故檢測(cè)瞬間斷電時(shí)間應(yīng)在直流電流不超過 150mA 和測(cè)試電壓不超過 10V 的條件下進(jìn)行。檢測(cè)接觸電阻變化時(shí)，一般要求通過的直流電流不大于 50mA ，測(cè)試回路的電壓不超過 20mV 。可采用數(shù)字貯存記憶示波器并配以計(jì)算機(jī)控制與分析進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這樣可以將動(dòng)態(tài)應(yīng)力條件下電連接器的接觸電阻隨時(shí)間變化的整個(gè)過程的波形顯示和記錄下來，通過與規(guī)定值比較，可準(zhǔn)確判斷該產(chǎn)品在任一時(shí)間和頻率段內(nèi)接觸是否可靠合格。

　　在動(dòng)態(tài)應(yīng)力環(huán)境試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)；電連接器非穩(wěn)定時(shí)間達(dá)毫秒甚至微秒級(jí)的接觸電阻瞬變或間斷不但存在，而且可以檢測(cè)。例如某廠在進(jìn)行電連接器可靠性研究時(shí)，用電接觸故障監(jiān)測(cè)儀和數(shù)字貯存記憶示波器對(duì) P 型連接器作振動(dòng)試驗(yàn)（加速度為 15g 、振動(dòng)頻率為 70Hz ）時(shí)，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)過 10 ～ 136 μ S 的瞬斷。

　　在動(dòng)態(tài)應(yīng)力環(huán)境條件下對(duì)電連接器的接觸電阻變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)；有各種不同的瞬間斷電失效模式；

•  明顯斷路

　　由于插孔松弛、彈簧片斷裂造成接觸件的接觸壓力驟降，通常在頻率小于 70Hz 、加速度低于 6g 的低頻段出現(xiàn)，這類失效具有明顯、易發(fā)現(xiàn)，且一旦出現(xiàn)即為致命失效的特點(diǎn)。

•  時(shí)通時(shí)斷

　　產(chǎn)生原因除與明顯斷路相似外，還可能由于虛焊、虛壓等引起，這類失效在整個(gè)頻帶內(nèi)均有可能發(fā)生，特別是在振動(dòng)應(yīng)力環(huán)境條件下，當(dāng)產(chǎn)品垂直安裝時(shí)最為嚴(yán)重，一般在頻率為 10 ～ 200Hz 、加速度為 15g 時(shí)最為明顯。

•  接觸電阻穩(wěn)定增大

　　表現(xiàn)為試驗(yàn)過程中接觸件的接觸電阻穩(wěn)定增大，但其量值都未超過規(guī)定值，示波器顯示的波形仍接近于基波，但不如原來光滑而稍帶毛刺。發(fā)生此現(xiàn)象較普遍發(fā)生于不同頻帶。雖對(duì)連接器使用性能無明顯影響，但仍應(yīng)盡力消除。

•  接觸電阻無規(guī)律增大

　　這類失效無變化規(guī)律，示波器顯示的波形雜亂無章，在某一頻帶下突然表現(xiàn)得特別嚴(yán)重。這類失效停留時(shí)間長(zhǎng)，容易被檢測(cè)出和排除。

•  接觸電阻周期變化

　　這類失效呈現(xiàn)一定變化規(guī)律，尤其在高頻段內(nèi)特別明顯。如對(duì)小圓形電連接器在進(jìn)行頻率為 10 ～ 2000 、加速度為 10g 的正弦振動(dòng)時(shí)發(fā)現(xiàn)；頻率越高，接觸電阻增大越多。電連接器串接的總電阻均值在 500Hz 時(shí)增大了 0.05 Ω，而在 20 00Hz 時(shí)增大了 0.18 Ω。即在高頻段接觸電阻周期性增大，表現(xiàn)為被檢電連接器的接觸電阻隨正弦振動(dòng)而產(chǎn)生周期性變化。

6) 接觸電阻瞬間變化

　　接觸電阻瞬間變化大多發(fā)生在電連接器承受沖擊、碰撞試驗(yàn)過程中，由于沖擊、碰撞作用發(fā)生于某一瞬間，此時(shí)插合狀態(tài)接觸件之間的接觸壓力突然減小，會(huì)使接觸件之間的接觸電阻瞬間增大，且這種變化極有可能超過規(guī)定值，甚至造成極短的瞬斷現(xiàn)象。

　　在電連接器動(dòng)態(tài)使用環(huán)境下會(huì)出現(xiàn)各種不同的電接觸失效現(xiàn)象，無論出現(xiàn)何種失效現(xiàn)象，都屬于不可靠連接。

2 新型瞬斷檢測(cè)儀的工作原理

以瞬斷檢測(cè)儀為例說明；

　　該儀器可高速、精確地測(cè)定電連接回路中的瞬間斷電現(xiàn)象。它采用了 IC(C-PLD) 半導(dǎo)體集成電路，儀器使用了以 20MHz 為基準(zhǔn)的石英晶體作為恒定振動(dòng)時(shí)間信號(hào)源 ( 振鐘 ) 。該石英晶體每秒恒定振動(dòng) 2 千萬次，換算成每振動(dòng)一次的時(shí)間為 0.05 μ S ，該時(shí)間信號(hào)源工作非常穩(wěn)定，精確度達(dá)± 100ppm 。儀器通過 內(nèi)部邏輯電路 信號(hào)處理，進(jìn)行全部回路以 20MHz 為基準(zhǔn)的時(shí)間運(yùn)算，判斷分辨出瞬斷時(shí)間和時(shí)間顯示、指示燈的閃爍時(shí)間等。發(fā)生瞬斷時(shí)，用瞬斷判定界限值啟動(dòng) D-FF ，直到瞬斷結(jié)束可計(jì)算出以 20MHz 為基準(zhǔn)的時(shí)間有多少，并顯示在 7 段顯示屏上。

　　目前許多電連接器軍用標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)、沖擊、碰撞試驗(yàn)時(shí)，通常都規(guī)定不允許出現(xiàn)超過 1 μ S 的瞬間斷電現(xiàn)象。若選用該型號(hào)儀器監(jiān)測(cè)瞬斷時(shí)間，若設(shè)定監(jiān)測(cè)瞬斷時(shí)間為 1 μ S 時(shí)， 內(nèi)部邏輯電路 信號(hào)處理計(jì)數(shù)的恒定振動(dòng)次數(shù)在 20 次內(nèi)不報(bào)警，超過 20 次，即報(bào)警為瞬間斷電失效。

　　因?yàn)?以 20MHz 為基準(zhǔn)的石英晶體每振動(dòng)一次的時(shí)間為 0.05 μ S ，因此檢測(cè)誤差為 0.05 μ S 。該瞬斷儀可檢測(cè)的瞬斷時(shí)間為 0.1 ～ 99.9 μ S ，瞬斷時(shí)間超過 99.9 μ S ，顯示值仍為 99.9 μ S 。在此量值范圍上限或下限，其檢測(cè)誤差都為 0.05 μ S 。由于信號(hào)進(jìn)入到輸出要滯后 5 ～ 20nS ，故實(shí)際檢測(cè)誤差為 100nS ，即 0.1 μ S 。

　　儀器輸入部分使用了能限流的高速反應(yīng)的晶體管，它起到輸入緩沖器的作用，可過濾掉輸入的不必要信號(hào)和噪聲。圖 1 為進(jìn)入晶體管基極的輸入信號(hào)和由晶體管集電極輸出信號(hào)圖形對(duì)比。經(jīng)晶體管過濾的信號(hào)，再用 IC(C-PLD) 對(duì)信號(hào)進(jìn)行瞬斷時(shí)間測(cè)定。