连接器第三章2　　接触镀层

3.3.2普通金属接触镀层的设计考虑因素

　　锡(包括锡铅合金)，银及镍被是用在连接器上的重要普通镀层材料。三者中，锡代表了大量应用的普通金属镀层，因此本节主集中对锡镀层进行讨论。

　　普通金属镀层与贵金属镀层的区别在于：普通金属接触镀层的设计考虑包括配合时普通金属接触镀层表面固有氧化膜的破裂/移动以及防止氧化膜的再生成。本节先讨论锡接触镀层表面膜的破裂，接下来讨论锡镀层的退化机理，磨损腐蚀。

　　锡镀层接触界面的形成，回顾前面所述，锡用作接触镀层源自于：其固有的氧化膜在连接器的配合中通过接触表面的机械变形能够破裂和移动。因此原有的锡氧化物在连接器插接过程中将因机械毁损而被挤破和取代。重新利用图2.16作为图3.24来引证表面氧化物破裂的机理。又薄又硬又脆的锡氧化物在负载下容易破裂。载荷传到锡镀层，由于其硬度小、延展性好而易于流动。氧化物裂缝变宽，里层的锡从裂缝中挤出来形成所需要的金属接触界面。然而不幸的是，锡表面的再氧化导致了锡镀层的主要退化机理：磨损腐蚀。

　　磨损腐蚀?图3.25说明了磨损腐蚀机理。图3.25a描述了包括裂缝、破碎的氧化物和从裂缝间挤出的锡接触区  域的原始接触界面。图3.25b显示了接触区域移到新的位置例如在机械干扰作用下。新的接触界面是通过相同的破碎机理形成的。然而，先前接触区域暴露的锡被再氧化。如果这些动作重复进行，也就是说，如果镀层系统慢慢被磨损(图3.25c)，暴露的锡(摩擦腐蚀的腐蚀部分)连续不断的再氧化导致在接触界面形成一层氧化碎片（debris）(图3.25d)。这些碎片将导致接触阻抗的增加甚至露出电路。引起接触阻抗不可接受的增加必要的磨损循环次数取决于许多因素，包括运动方式和磨损距离（length）。对转化运动而言（translational movement），磨损运动只要移动几个到几十个微米单位的距离就足够产生磨损腐蚀。腐蚀磨损率依赖于磨损距离。磨损退化率依赖于磨损运动距离（length），因为氧化碎片必须经过磨损距离上的累积。大位移运动有效地将锡氧化物推到运动轫迹的尽头。同样原因，摆动（rocking）或转动能加快磨损，因为碎片相对比较集中。

　　对锡而言，产生不可接受的接触阻抗之前的磨损循环次数已经可以从几百到几万。镍在磨损次数和接触阻抗增加方面与锡很相似。Bare和Graham报告了没有镀金的钯和钯镍合金镀层经过几万次循环之后的磨损情况。他们还报告了镀金的钯和钯镍合金镀层经过几十万次循环之后的稳定性能。

如果存在不同的热膨胀，这是连接器经常发生的情况，磨损运动可通过机械干扰或热循环产生。考虑一下装置于印制电路板(PWB)的连接器。印制电路板，接触弹片与连接器绝缘本体有不同的热膨胀系数。由于热膨胀不同（mismatch）产生的接触界面压力取决于其不同的大小，温度变化，及连接器的长度（length）。热膨胀不同是连接器磨损运动最主要的来源。

图3.26显示了磨损腐蚀(因转动而引起)发生后的锡接触表面。图标黑点表示锡表面典型磨损腐蚀区域。图3.27显示了磨损点的交错区。图中可以清楚看到压损的锡和锡氧化物碎片。

　　图3.28显示了磨损腐蚀与增加接触阻抗之间的联系。图3.28的曲线通过缩微照片所显示的腐蚀点的接触阻抗的变化。一张氧气穿过腐蚀点的放大电子显微线迭加到缩微照片上，氧，表现为氧化物与接触电阻的关系非常清楚。

　　假如磨损腐蚀是锡接触镀层主要的退化机理，那么如何才能有效地防止或减缓这种退化呢？下面将讨论这个问题。

　　磨损腐蚀的防止?预防磨损腐蚀主要有两种方法。{dy}种，也是最常用的方法是利用高正压力。这些正压力提供接触界面较大的摩擦力以防止磨损运动。然而，增加正压力有一个极限。当正压力增加时，连接器插拔力和耐久性都将受到相反的影响。锡因为比较软，有一极限耐久性且由于高摩擦系数—通常为0.7而表现出高插拔力，相对而言金的摩擦系数仅为0.3。

　　第二种，利用预防磨损腐蚀接触润滑。图3.29说明了使用预防磨损接触润滑的功效。显示的数据来自一个因热膨胀不同而导致的磨损运动的试验容器。热循环温度介于55到60度之间。升温是用来加速氧化和润滑的退化。在这些条件下，产生的运动位移大约为80微米，这是好的磨损距离。

　　“干锡”—干凈的锡表面—的测试数据显示测试系统对产生磨损腐蚀有影响。它同时也表明磨损腐蚀可能是非常快的退化机理。在循环磨损数千次后，接触阻抗按二次方的增长速度增加。此外矿物石油润滑剂的测试数据也被列举出来。 矿物石油润滑剂最初很有效，但是最终仍产生磨损腐蚀。该缺点与环境中的保护无关而与矿物石油本身有关。矿物石油的结构在温度升高时从接触界面流走并且挥发/退化。密封作用消失，摩擦磨损开始。涂有防磨损润滑的接触的数据显示在摩擦循环数千次后表现了很好的抗磨损性能。经过数百次的循环摩擦之后接触阻抗的下降是因为接触界面被磨光而增加了接触面积。

　　应该注意到除了摩擦腐蚀外，因为锡表面固有的氧化物的保护特性，锡接触镀层还提供了良好的环境稳定性。锡镀层在引起贵金属镀层腐蚀的FMG环境中表现出很好的性能。当磨损腐蚀可以防止(通过高的正压力来防止磨损，或者通过有效的接触润滑来防止氧化腐蚀)时，锡镀层在变化的工作环境和很宽的电流和电压范围内能提供稳定的接触阻抗。

　　锡铅合金，连接器中主要利用下面两种锡铅合金：含锡铅（93/7）合金和锡铅（60/40）合金（或者63/37，共熔焊剂成份）。 锡铅（93/7）合金可用作可分离性连接和{yj}性连接，但锡铅（60/40）合金用作可软焊（solderable）连接。考虑成本和性能两方面的因素而使用低铅合金。在锡中加入铅可防止锡须(tin  whiskers)的形成， 锡须是电镀过程中固有压力作用下形成的细小而单一的水晶状生成物。锡须直接或通过切断和短路其它部件而导致连接器的短路(shorting)问题。用于可分离接触界面的锡镀层厚度介于2.5到4微米之间，取决于其应用的方式。

　　60/40合金或63/37合金的应用厚度介于1到6微米之间，取决于焊接过程。因为这些合金的硬度低，易蔓延性且增加了复杂的铅腐蚀物，所以它们一般不用于可分离接触界面。

3.3.3 接触镀层的其它设计考虑

　　接触镀层其它设计考虑有两种，两种考虑在一定程度上已经讨论过，尤其是对优点的详细讨论。即底层与接触润滑的应用。

　　底层?两种主要使用的电连接器底层材料是铜和镍。如所讨论过的，镍的主要作用是作为贵金属接触镀层的底层以保持表面镀层的贵金属特性。铜，作为贵金属镀层的底层不能提供相同的功能。如所讨论的，铜是一种腐蚀源，铜蔓延能导致接触表面的退化。铜在提高接触镀层耐久性方面也不如镍有效。尽管存在这些限制，在不可接受镍底层磁性的应用中铜仍然用作底层。

　　镍底层的第二个重要作用与{yj}性连接有关，保证可焊性－－特别是为可软焊产品提供一种活性（a shelf life）。保持可焊性将详细讨论。

　　成功的焊接需要锡焊剂（tin of the solder）与基材金属衬底（base metal substrate）成份间产生金属间化合物。因为铜和镍与锡形成金属间化合物适合于焊接，因而作为底层以保持可焊性。保持可焊性的全部镀层系统包括底层和锡，金或钯表面涂层（coating）。不同系统分别有不同的保持可焊性机理。

　　涂锡或焊剂的表面是可熔的（fusible）。锡涂层在焊接过程中熔化并渗入到衬底表面产生的金属间化合物中。比较而言，金涂层表面是可溶解的（soluble），这意味着金xx溶解在焊剂里，金属间化合物在裸露的底层形成。金涂层实质是保护了底层的可焊性。钯在熔剂里溶解则慢得多，焊剂的结合通常是与钯形成。

　　焊剂（solder coatings）在保持其可焊性方面更加有效，就象其花费更少一样。因为它们是焊剂而没有引入新的退化机理。而另一方面，金则引入了新的退化机理，两种情况都是因为锡-金金属间化合物的形成。金-锡化合物易碎而降低了焊接的机械强度。熔化的金-锡化合物在焊液里的累积将最终降低焊接过程的有效性。因为这些原因，焊剂涂层是确保可焊性的更好方式。

焊接过程产生金属间化合物是必要的，但金属间化合物本身不是必须可焊的，且过量的金属间化合物会产生可焊性问题。室温下金属间化合物的增多可能导致可焊性降低并有可能提高接触电阻。铜-锡间化合物比锡-镍间化合物增加得更快。

　　许多铜合金是可焊的，且底层可以增强可焊性，尤其是镀在黄铜基材金属表面。黄铜表面需要底层以防止锌的蔓延，但这也可能降低了可焊性。

接触润滑?接触润滑常完成两种不同的功能：

　　．减小摩擦系数

　　．提供环境保护

　　减小摩擦系数有两个益处。{dy}，它减小了连接器的配合力（mating forces）。第二，它通过减少磨损而提高了连接器的耐久性。

　　接触润滑通过形成“密封”阻止或减缓外界环境进入接触表面而能够提供环境保护。对锡接触镀层而言，接触镀层的首要功能是在防止磨损腐蚀方面提供环境保护。预防磨损润滑可以减小摩擦系数，但并非其主要目的。事实上，如果润滑不能有效防止氧化，摩擦系数的减小可能增强磨损腐蚀。摩擦系数的减小因为减小了机械稳定性而使接触界面更容易受到磨损。在没有润滑存在的接触移动中不会产生的干扰可能产生润滑性接触的移动。

　　对贵金属镀层而言，接触润滑是为了减小摩擦系数和提高连接器的耐久力，但是，伴随提供环境保护重要性的提高，提供环境保护成为有益的附加功能。

　　几个与接触润滑相关的考虑值得注意。对有效润滑而言，其在接触界面数量必须足够。测量和监测（monitoring）润滑的存在是很困难的工作。

　　连接器可能伴随有适当的润滑出售，但是组件过程（特别是，焊接或柱焊的清洗（post soldering））可能移走润滑剂。因而，需要第二次补充润滑剂。

　　润滑剂可能收留粉尘，如果在粉尘或污染环境中应用，可能会出现接触阻抗和耐久性问题。{zh1}，润滑的适用温度可能限制它的应用。

润滑潜在的益处—减小配合力，提高耐久性，和在环境中的保护—是非常需要的，但是在评价接触润滑对给定应用的连接器的总的效果应考虑所提到的限制。

3.4接触镀层选择

　　选择适当的接触镀层决定于其应用所考虑因素的数量。包括：

　　．配合需要

　　．应用环境

　　．线路需要

　　贵金属镀层与普通金属接触镀层的区别在于其所考虑的每一性能。为了简单，以金作为贵金属的代表，而普通金属的代表则为锡。

　　为了为接下来的讨论提供一个背景，一些通常的注解是有用的。因为贵金属镀层比锡镀层更低的正压力要求，更高的xx耐久性，及更低的摩擦系数，在配合需要方面它们的应用更加广泛。因锡的硬度低，锡接触镀层需要高正压力来尽量减少潜在的磨损腐蚀且其耐久性较差和摩擦系数较高。最终的效果是锡镀层的耐久性较差而配合力较高。

　　所有的接触镀层在毫伏到伏和毫安到安的一定范围内都能提供可靠的性能。金与锡的区别在于阻抗的稳定性。磨损腐蚀也是主要的区别。产生于磨损腐蚀过程的阻抗变化能够导致在信号线路中产生噪音和在高电流应用中热散发的可能性。金接触镀层在很宽的适用条件范围内有助于保持接触阻抗的稳定。

　　应用环境必须考虑机械、热及化学环境。机械因素，如振动，影响连接器所需的机械稳定性。接触界面的移动将导致锡镀层的磨损腐蚀和使金镀层易存在外来的腐蚀物或污染物。热环境通过不同的热澎胀引起接触界面的移动而达到相同的结果.然而，高应用温度—大约105度—可能会因挤压松驰而使正压力降低。这种正压力的降低，锡比金表现得更隐蔽。由于本章其它部分讨论的外来腐蚀的各种各样的来源，环境腐蚀对金镀层有很大的影响尽管金具有很强的固有的抗腐蚀能力。锡除了磨损腐蚀外，由于原有的表面氧化物而表现出很好的抗腐蚀能力。

　　下面的讨论将更详细地考虑上述各个考虑因素同时指出金、钯、钯镍合金及锡镀层之间的一些区别。

3.4.1配合要求

　　两种配合要求必须考虑：连接器必须承受的循环配合次数和连接器配合要求的压力（配合力）。如{dy}章所提到的，连接器要求的循环配合次数取决于相互连接的层级。第2到4级连接典型的要求仅仅是几十次的配合循环。第5和第6级连接，因为它们提供输入/输出功能，可能需要更高的循环配合次数。另一方面，配合压力显示出相反的趋势。第2和第3级通常要求考虑{zd0}的配合压力，因为这些层级的连接pin数倾向于比第4到第6级连接的pin数高得多。插座和两件式板对板连接器其pin数各自可能从400到超过1000。而几十到一百的pin数在第4到第6级连接中更为典型。

　　接触镀层及耐久性? 影响接触镀层耐久性的主要因素是镀层的硬度及其摩擦系数。贵金属镀层具有比锡镀层更高的硬度和更小的摩擦系数，因此贵金属镀层固有的耐久性也比锡镀层高。

　　耐久性不仅依赖于接触镀层，还与下列因素有关：

　　．接触正压力

　　．接触几何形状

　　．接触长度

　　．润滑

　　．镀层厚度

　　除了镀层厚度以外，其它因素在第二章均已经讨论过并将在第六章继续讨论。本节重点是讨论接触正压力，因为接触镀层的选择决定了连接器所需要的接触正压力。其它因素对贵金属及普通金属镀层来讲具有相似的影响。另外，镀层厚度对耐久性的影响也应该注意。

　　如前所述，锡镀层比金镀层需要更高的正压力来尽量减小磨损腐蚀的可能性。为了提供机械稳定性，镀锡连接器的正压力通常在200克力以上，比较而言，金镀层连接器只需50克力左右的正压力即可保证其接触稳定性。当耐久性的需求很重要时，耐久性随着正压力的增加反而降低的事实使金镀层相对于锡镀层的优势更加明显。

　　贵金属镀层耐久能力的差别并不是很明显，在3.3.1节，应该注意到贵金属镀层的相关特性，按递减顺序，为镀金的钯镍合金层，镀金的钯及金镀层。按这样的顺序，可以想到贵金属镀层是镀在镍底层上。

　　另外，镀层的耐久性取决于镍底层的厚度及其硬度，这些相互作用使得很难超过一般顺序得到连接器耐久性的确切值。

 　　理所当然地可以说接触镀层的耐久性取决于镀层厚度，但这种耐久性与镀层厚度的关系也取决于前面提到的镍底层的材料性能，所以耐久性—厚度关系不可能是一直线。

　　有效的接触润滑能通过两种方式减少贵金属镀层的相对差别。润滑结果也能减少耐久性的差别。另外，能提供环境保护的润滑剂能减少固有腐蚀敏感度方面的差别。

　　影响耐久性的几何参数上面已经列出。连接器的设计在这些方面变化很大。接触几何形状和接触长度的主要影响是各自的磨损区域和磨损轨迹长度。所有这些对比的最终结果是连接器的耐久性根据试验的方法已被最可靠地评估出来。

　　接触镀层和配合力?配合力取决于以下几个因素： 

　　．接触正压力

　　．接触几何参数

　　．摩擦力

　　．润滑

　　接触镀层是通过影响接触所需正压力的大小亦即通过影响由摩擦系数决定的摩擦力的大小来影响配合力的大小的。先前已经指出，由于金镀层比锡镀层具有更低的正压力要求和更低的摩擦系数，因此金镀层比锡镀层具有更低的配合力。通过使用接触润滑可使摩擦系数的不同在一定程度上能得以改善。贵金属镀层的间区别很少用配合力而是用耐久性来表示。

注意到接触配合力和更重要的参数─连接器配合力的不同是十分重要的。当然，连接器配合力不仅依赖于每个接触接触时的配合力，也包括连接器绝缘本体以及连接器各部分的紧固力的影响（alignment of the connector halves）。连接器的配合将在第六章更为详细的讨论。

．总结．

当应用需求包括高耐久力和高pin连接，那么贵金属镀层是{sx}的。有薄金层的钯（20％）镍（80％）合金镀层能提供{zg}的耐久力，接下来是有薄金层的钯镀层和金。锡镀层，因为其固有的低硬度和需要较高正压力来减少摩擦腐蚀的可能性，故锡镀层与贵金属镀层相比表现出有限的耐久性和较高的配合力。高配合力要求限制了具有锡镀层的连接器的接触pin数。

3.4.2 应用环境

　　在应用环境这个标题上要考虑以下几个因素。包括有机械环境，除了配合条件，还包括振动和磨损；热环境方面包括温度和温度波动；化学方面包括湿度以及一些潜在的腐蚀如氯化和硫化腐蚀。应用环境的每个方面都会对接触镀层的选择产生影响。

　　机械方面?虽然机械配合是作用在连接器上的最常见的机械压力，但在连接器的整个有效期内还会受到许多潜在的干扰。机械冲击和振动是必须要考虑的其它因素。连接器暴露在许多潜在的冲击和振动源中。然而，无论什么样的原因，所关心的效果是因为干扰而产生的对接触界面的压力是否足于导致连接器两部分的相对移动。如果产生这样的运动，它们能常被限于一定的范围而归属于磨损的一种。磨损有两种令人担忧的结果：磨损损耗和磨损退化（fretting wear and fretting degradation）。磨损损耗是指在第二章中所描述的磨损过程，产生的结果是接触镀层受损。磨损退化包括摩擦腐蚀（fretting corrosion），相关的锡、镍、钯镍合金以及摩擦聚合物，相关的钯。

　　注意到潜在的磨损损耗是很重要的，因为它能引起镀层的穿透性磨损。连接器期望达到的预测配合循环次数不仅仅是连接器磨损方面的{wy}因素，这种考虑使得薄镀层重要性增加，例如钯、钯合金和镍镀层外面的薄金层。因磨损所引起的薄金层的损失会导致底层的钯和镍裸露出来。换句话说，镀金的钯和钯镍合金对磨损退化机理是很敏感的。而对钯来说，摩擦聚合物的形成则是其主要的退化机构。钯镍合金或镍的磨损腐蚀是通过氧化作用发生的。镀有薄金层的钯和钯镍合金镀层已被许多调查者评价。大多数而不是全部的研究，已经报告过它的稳定性能。镍镀层表面金薄层的使用是近期的事，所以这段时间几乎没有什么证明经验。但是，可以肯定的是这些镀层金属对摩擦腐蚀非常的敏感。还应该注意到，暴露底层金属的其它机理的存在。例如：不xx的镀层，镀层的损坏如刮擦。

　　总而言之，与机械环境相关的主要论题与磨损损耗及磨损退化有关。锡镀层对磨损退化是最敏感的。然而，金镀层的选择应该考虑到这些机械性的影响。

　　热环境．热环境存在两个主要因素：应用温度和热波动。{jd1}温度能导致大量潜在的退化机理。热波动的主要影响是因为热膨胀的不同而经过的潜在性磨损。

　　重要的可能性敏感温度的退化机理包括腐蚀，扩散和金属间化合秀的形成。腐蚀率一般随着温度的升高而加快，尽管温度对水份的吸附效果能减缓这种作用。扩散速度也随温度的升高而加快，结果能产生表面膜。如图3.4所示。

　　金属间化合物（IMC）的形成对锡镀层是很重要的。金属间化合秀的形成速度随温度升高而加快。如果金属间化合物的形成消耗了锡而在接触面上的该点形成大量的金属间化合物，那么接触电阻可能受到影响。一般来说，保留在表面上的锡，能提供有效的接触。图3.30中的数据对此作了描述。图3.30显示了一个3微米厚的镀锡铜（tin-over-copper）以软金探针所测得的接触阻抗随压力的曲线。数据在可接受的条件下显示，一是增时处理使锡转化为锡化合物，二是增时处理和腐蚀后。IMC阻抗的增加超过了可接受条件下的值但但它对许多应用是合适的。虽然增时处理的时间足于完成从锡到金属间化合物的全部转化，但通常仍能发现残留在表面上的锡。如果表面被腐蚀物取代，金属间化合物本身的接触导致接触阻抗的额外增加。

　　总之，热环境能导致腐蚀退化，它也能影响贵金属的腐蚀速度和潜在地影响锡镀层的金属间化合物的生成。

　　化学性? 化学环境包括湿度及一系列可能的腐蚀种类，如氯，硫和氧。氯和硫对于贵金属镀层特别重要，而氧则对锡镀层很重要。如先前所提及的，锡氧化物对锡提供了来自于在其它腐蚀源(source)的腐蚀保护。

　　湿度对腐蚀率和腐蚀物水合度的影响是令人担忧的。经验也表明，湿度变化能影响腐蚀机理和腐蚀率。

　　贵金属的腐蚀机理在3.3.1节中已经作了讨论。为了更加完整(for completeness)，对贵金属镀层而言，应该注意到主要的腐蚀机理随环境成分特别是氯和硫的含量(content)的变化而发生变化。随环境恶劣程度(in severity)的增加，主要的退化机理由多孔腐蚀变化到腐蚀扩散(creep)。正如前面所说的那样，移动类型以铜－硫腐蚀物出现。

　　对于锡镀层，由于氧在磨损腐蚀中的作用，氧是主要的反应(reactive)类型。由于锡氧化物固有的保护特性，所以锡在FMG环境中性能良好。

总结?总之，应用环境的考虑表明了接触镀层选择上的不同权衡，取决于化学方面，热，或是与腐蚀相关方面，何者占支配地位。在恶劣的机械环境里，因为磨损腐蚀而限制了锡的使用。但是，磨损损耗的可能性，磨损退化的产生，在恶劣的条件下不应该低估。高温环境要求对锡金属间化合物的产生和对影响贵金属镀层的蔓延/氧化的考虑。腐蚀考虑对贵金属和锡来说是不同的。而且，磨损腐蚀主要涉及到锡。随恶劣条件的增加，贵金属的腐蚀机理会随环境从孔隙腐蚀转变为扩散(creep)腐蚀。

3.4.3电路需求

　　从一个基本的观点出发，如果能创建并保持一个金属接触界面，那么在一个大电压和电流范围里的接触镀层间的功能(finishs with respect to their functionality)没什么不同。在这样的条件下，因硬度和阻抗系数的差别产生的阻抗的变化是相对较小的。镀层间的不同在于阻抗的稳定性，即接触界面对于应用条件下退化的敏感性(sensitivity)。自然地，对比罗简单的描述有几个限制因素。

　　电压?在电连接器上，除了电能的应用，电压相对很低──只有几伏特。金属间的接触界面将以奥姆来衡量，即电压与电流间的关系是线性的，其斜率由系统阻抗决定。只有当接触界面不xx是金属接触面时(cease to be completely metallic)，也就是说，当它们开始退化时，电压的影响才显现出来。在这种条件下，电压可能允许薄膜的电性中断(breakdown)并由此而建立或重建一个较低的接触阻抗，这一现象有时称作自我复原（self-healing）。不幸的是，这种阻抗容易变化并且不可恢复，这也是为什么薄膜的机械破坏和薄膜形成的避免对电性中断是首要的。Wagar和Holm提供了电性薄膜中断特性的讨论，主要概括在2.3.2小节中。

　　本讨论目的关键点是导致中断的必要电压和的和因此产生的高变化性阻抗。电压的变化源自于薄膜结构本身的易变化性。厚度，组成和结构都依赖于薄膜形成的环境。阻抗的变化性产生于因为中断引起的导电区域取决于中断时间里电流的流过的事实。

　　Bock和Whitley提供了有关磨损退化的电流及电压决定条件的证据(evidence of this cu-rrent/voltage dependence with respect to fretting degradation)。

　　电流?正如{dy}章所述，针对电流有两种基本电性应用：信号和电能。对于信号应用，典型的电流通常低于1A。而电能应用则可能需要几十甚至上百安培的电流。

　　对于信号应用，在可能引入系统的噪声或者数字式应用上可能的数据丢失方面，接触镀层退化的影响及在随之而来的接触阻抗的变化是非常重要的。Abbott和Schrieber研究了这一影响，而且Abbott是针对磨损腐蚀来考虑。根据这些著作，发生数据丢失的可能原因是，随接触阻抗的退化所产生的瞬间开路趋势的增加。在可引起贵金属镀层磨损腐蚀的条件下，也可以得到类似的结果。

　　在典型能量应用更高电流下，由于高电流下而产生的焦耳热和红外线，会导致额外的考虑。两个单独的(separate)问题值得讨论：(a)什么因素决定镀层所能承受的{zd0}电流。(b)高电流时，接触阻抗的退化有什么影响。

　　接触镀层所能承受的{zd0}电流由接触界面的温度所决定。接触界面温度反过来又取决于产生的焦耳热与从接触界面到接触弹片散热的平衡。热量的产生取决于镀层阻抗系数和阻抗系数随温度的变化率。而散热取决于热传导率和热传导率随温度的改变率。这些反应可能相当复杂，就象Williamson所讨论的那样。

　　为了本讨论的目的，注意到每一个镀层在其熔化时都有一特征电压，特征电压的大小，及依据前面提到的相互作用所能达到的比率就足够了。对于金，银和锡镀层，各自的熔化电压分别是430，370和130毫伏。

　　在实际上，通过接触界面的电压下降由电流产品(product of the current)和接触界面阻抗所决定。At a first cut，熔化电压能被用来指示镀层的电流容量，其公式如下：

　　　　　　　　　Vm=I*Rc        　　　　             (3.2)

其中　　Vm==熔化电压

 　　 　　I==电阻为Rc且即将发生熔化时的电流

　　     Rc==接触界面阻抗

　　在第二章已经讨论过，Rc取决于镀层和接触压力。对于一个确定的接触阻抗，通过熔化电流的减法，{zd0}电流能够被确定。恒定的电流容量一般由温升条件所决定，而温升条件又取决于接触阻抗的大小，这一点将在第十二章中讨论。

　　按这个标准，锡具有低电流容量，然而金和银却是相当的。钯和镍则具有更高的熔化电压，但是它们所拥有的高阻抗和低效热传导性能制约了这一优点。

　　对于高电流应用，银由于自身的低电阻抗和高效热传导性能而占有优势。在电能接触中，银的弱点，污点和移动趋势并不重要。电能接触的典型的高压力(high forces typical of power contacts)使污点的影响降至{zd1}。巨大的尺寸，分离和通常典型的电能应用接触间的绝缘减少了移动反应。

　　接触阻抗退化在高电流性能上的影响是明显与前述讨论有关。这样的退化更进一步促进了接近熔化电压。以这样一个观点，镀层对退化相对的反应有更大的影响在电能应用的镀层选择上。再次，锡由于自身的低的熔化电压和对磨损腐蚀的反应poses{zd0}的危险。

　　电路参数综述．在理论上，金属间界面对电流和电压没有反应，但接触界面的退化连同接触界面阻抗的变化引入了一系列的考虑。

3.5　接触镀层概述

　　合适的接触镀层的选择包含了使用和功能需求的考虑。例如，由于对锡的高的接触压力需求和在装配压力及磨损的共同影响，高接触数量，高适配循环需求决定了贵金属镀层(参见表3.1和表3.2)。环境考虑是复杂的，包括在贵金属镀层上的多孔性和在锡镀层上磨损退化的可能性之间的权衡。考虑一个确定的应用，合适的镀层是在性能与可靠性间的“{zh0}”的折衷。

表3.1　接触镀层的接触压力需求

  镀层　   最小接触压力(g)　　　　　　　　评价

  金　　　　　　25　　　　最小值由机械稳定性和污染物的转移所决　　　　　　　　　　　　　　　　　　

                      　　　 定。尤其是零接触压力(zero-force)条件必须

                      　　　 极力避免。

　钯　　　　　　50　　　  由于接触反应的作用表面薄膜的可能性。

　  　　　　　　　　       此外，金的评价也适用。　　　　　　　　　　　　

金-钯或　　      50　　　　薄金表面将是多孔的，所以需要使用钯。　　　

钯－镍　　　　　　　　   

　锡　　　　   100　　　  100g是最小值。更高的值可用来解释磨损　

　　　　　　　　　　      腐蚀。但必须提供机械稳定性。　

　银   　　   　75　　     必须解释表面硫化膜。如用作电能接触则　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　      可能需要更高的压力。　　　　

　镍     　　300 　 　更高的硬度需要更高的压力来确保破坏薄膜。　　　　　　　　

表3.2　接触镀层的镀层，硬度，延展性及摩擦系数

　镀层　　硬度(Knoop) (%) 　延展性范围　   摩擦系数常用值

　纯金　　　　<90               7-10            0.5->1  0.7

　钴金   　  130-200              <1   　        0.2-0.5 0.3

　钯　　     200-300              1+　           0.3-0.5 0.3

金-钯或钯-镍   200-300              1+             0.3-0.5 0.4

　银          80-120              12-19           0.5-0.8 0.6

  锡

　粗糙度       9-12                 20            0.6-1.0 0.8

　亮度        15-20                  3            0.4-0.6 0.5

　93-7          9-12                 17            0.5-0.8 0.6

双列直插队　　                  　               0.2-0.8

直插封装

　镍          140-400                 5        　 0.5-0.7 0.6