开关插座接触不良原因分析

子產品中，接觸不良的故障的比例非常大，而且這種故障很麻煩，因為會表現出來有時好有時壞，分析起來很麻煩。而且，有時的接觸不良體現出來的現象會令人迷惑不解。以下將從物理的角度來解釋接觸不良問題，使大家更加明朗和深刻理解此現象。之前並沒有看到有類似深刻分析接觸不良的文章，所以難以取得權威的資料，因此，如果分析有什麼不妥的地方，歡迎指正。
     電子產品中的接觸不良，有元器件自身內部的接觸不良，也有元器件互連時的接觸不良，也有虛焊（一般為元件與PCB）產生的不良。下麵以更常見的連接器（接插件）之間的接觸為實例分析接觸不良問題，之後大家可以觸類旁通。
     連接器一般是針接觸件和孔接觸件之間的連接。我們知道，元器件的引腳或端子，一般是有一層鍍層，比如鍍鉛錫合金、鍍純錫、鍍鎳、鍍銀、鍍銀鈀合金、鍍金、等等。所以元件之間的接觸，其實就是這些鍍層金屬之間的接觸。當然，不同的鍍層金屬的導電率是不同的，對應產生的接觸電阻也有所不同。一般金的導電率比較好，銀次之。在焊接工藝時，由於焊接實際上是形成合金的過程，這個合金本身就是良導體，所以焊接本身的可靠性是比較高的，除非是焊接不良。但是，連接器之間的連接，靠的是表麵之間的接觸，所以容易導致接觸不良，更具體的原因分析如下。
      兩個金屬表麵之間的接觸是否良好，主要取決於材料（不同金屬導電率不同）、接觸壓力、實際接觸麵結。關於材料種類，上麵已經提到了，一般器件的鍍層材料，基本上都是由良導體做的，對接觸不良的影響不大，頂多影響接觸電阻（當然更進一步來說還影響到了是否容易被氧化），所以不再更詳細地討論。關於連接器的接觸壓力，連接器靠的是孔接觸件的彈力來給針接觸件一定的壓力的。一般壓力越大接觸得也越好。當然，一般小而又薄的孔接觸件是不太可能提供特大的壓力的。而且如果這個孔接觸件本身的彈性不好，這個壓力就小，接觸也就沒那麼好。同時，如果孔接觸件或針接觸件有變形，也會導致實際接觸麵積小，從而有可能導致接觸不良。同時，連接器的孔接觸件或針接觸件當然一般是連接在塑膠上的，如果腳數多了，有可能導致某一個或數個接觸件裝在塑膠件上的位置有偏差，於是，兩個連接器插入時，那些偏位了的接觸件就有可能接觸不好。
      以上是從宏觀的角度來分析的。事實上，要真正理解接觸不良問題，必須從宏觀逐漸深入到微觀去理解接觸問題。
      接觸件的表麵肉眼看起來是光滑的。事實上，這些接觸件表麵並不光滑。我們知道，如果金屬件表麵非常光滑，那麼它就會閃閃發光。比如古代的銅鏡就是把銅的表麵磨得很光滑。一般器件的引腳或端子，遠遠沒有達到閃閃發光那麼光滑。其實，即使是閃閃發光那麼光滑，放大來看，也不是真的完全光滑。所以，把連接器的接觸件放大到一定程度時，你會發現，其表麵是充滿了凹凸不平的！可以這樣去理解，在外太空觀察地球表麵，會發現有的地方是很平的，但是你不斷地逼近來看，就會發現，其實遠看是平的地麵可能包含了不少小丘陵和山穀。再舉個淺顯生動的比喻。比如，在舞台上光鮮照人的一些漂亮女明星，有的人感覺她們的臉蛋很光滑，其實，拿高倍鏡頭照出來的照片會讓你大失所望，因為她們塗脂抹粉的臉上，感覺是溝溝壑壑的。
      因此，兩接觸件表麵接觸時，其實是凹凸不平的表麵之間的犬齒交錯的接觸。有的地方，可能是凸的和凸的相接觸，而那些凹下去的表麵，可能就接觸不到對方的表麵。當然還有的情況是這個凸的嵌入到對方的凹的那裏，不過一般由於凸和凹的形狀和大小不可能完全吻合，所以嵌入的時候其實也隻是部分接觸。所以，表麵上看起來接觸緊密的金屬表麵之間，事實上是凹凸不平的表麵之間的接觸。其真正有效接觸麵積已經大打折扣了。當然，兩表麵接觸時，接觸麵之間的壓力會對接觸狀況造成影響。壓力大，就可以使兩表麵間互相嵌入得更深入，同時，有的凸起在壓力下產生形變，變得沒這麼突出，使其周圍更矮的地方也有可能接觸在一起了。所以，壓力的大小其實更終是影響到了表麵間實際有效接觸麵積的大小。另外說明下，在實際接觸到了的表麵間，兩金屬的原子之間的距離被壓得非常近（壓力更大時原子間甚至會相互嵌入），於是可以互相交換電子，所以才會導電。
      另一個方麵，金屬表麵的氧化和雜質，也會導致接觸不良。我們說引腳或端子沒有氧化，是以肉眼來看的。事實上，暴露在空氣中的金屬，肯定會不同程度地受到氧化，氧化程度與金屬材料、環境狀況、放置時間密切相關。鍍金的鍍層被認為是比較不容易氧化的，事實上，金也並不是完全不氧化，隻是相對來說，氧化程度低一些。其他鍍層就容易被氧化了。所以，我們一般意義上肉眼判斷的“沒氧化”隻是說氧化不是很嚴重，事實上，氧化是客觀存在的。金屬氧化物是不導電的。所以，這些引腳或端子表麵，某些區域已經分布了一定的氧化層，這些氧化層使實際有效接觸麵進一步減少。
      同時，雜質的影響也不可以忽略。金屬表麵與其他物質接觸時，會沾上雜質。比如，人的手的皮膚上，事實上有大量的汗漬油脂等等物質，人手碰到引腳或端子，就會把這些雜質沾到其表麵上。另外，空氣中含有大量的塵埃，這些塵埃包括灰塵、粉塵、各種物質間摩擦產生的微粒、尾氣、煙霧、人造纖維塵埃、鹽霧、人體的體屑和吐沫、微生物，等等。暴露在空氣中的金屬，必定會沾上這些微粒。這些雜質我們肉眼看不到，所以，可能會認為這些元器件的引腳或端子很“潔淨”。殊不知，這些雜質對於原子來說，是個“龐然大物”了。雜質覆蓋到金屬表麵，影響到了兩器件金屬原子之間的直接接觸，於是，也使實際有效接觸麵進一步減少。
上麵的壓力、變形、氧化、雜質問題都會金屬表麵件的接觸造成影響。肉眼認為的金屬間的“接觸良好”的實際狀況遠遠沒有人們想象中的那麼完善！其次，還有一個困擾大家的是，為什麼接觸會有時好時差呢？
     金屬接觸時，如果有明顯的外力作用時，接觸狀況發生變化，大家比較容易理解。比如，連接器接觸不良時，用手去壓一壓，可能就好了。有的器件內部接觸不良，振動一下或敲一敲這個器件，有時可能又好了，再敲，又可能接觸不良。但是，還有些接觸不良現象，表麵上看起來是比較奇怪的。
比如，有的人說，我明明沒有碰那個器件，它怎麼會從接觸良好到接觸不良呢(或接觸不良到接觸良好，這裏的“良好”“不良”實際上是指接觸電阻小或大甚至開路)?一般說的“不碰”，指的就是沒有直接去碰那個器件。於是，很多人就以為，這個器件就沒有受到新的外力，因此，接觸狀態是不應該變化的。事實上果真如此麼？我們假設某個器件裝在成品上，這個成品放在桌子上。這時，這個器件是處於靜止狀態，它必定是出於受力平衡狀態。然後，有人拿起來了這個成品，這時，裏麵器件有沒有收到新的外力呢？我可以很肯定地告訴你，受到了新的外力。很簡單，這個器件從靜止到運動，運動狀態改變了，所以必定是受到了新的外力的影響。稍微有物理基礎的人都能夠理解這個問題。既然這個器件受到了力的作用，接觸麵之間就有可能重新作用，變形或位移，於是，以前的接觸狀態可能發生了變化。我們再回憶上麵講到的理論，金屬表麵間的接觸是凹凸不平的犬齒交錯的接觸，同時這些表麵還有氧化層和雜質。如果以前的接觸，正好處於接觸良好（或不良）的臨界點，我們想一想，這個狀態改變了，那麼有幾個可能，一個是變得更多地方接觸不上了，也有可能是變得更多地方接觸上了。這一切都取決於這3個因素：1、表麵凹凸程度、氧化物和雜質的分布狀況；2、初始接觸狀態；3、受力或形變（或位移）方向。上麵這三個因素中任何一個因素都是有無數種可能的。所以，外力的作用後，產生的後果也有無數種可能性。比如由接觸不良變成了接觸良好，或由接觸良好變成了接觸不良。當然還有可能是接觸不良受外力後還是不良，接觸良好受力後還是良好。也有可能，處於臨界接觸良好（或不良）狀態的表麵不斷受作用後，有時變好，有時變差。當然，有時這種變化在一般作用下是不可逆的。比如，以前接觸不良的，外力作用後，變得恰好有不少凹凸之間正好吻合接觸上了，然後，由於凹凸之間相“咬”，於是，再受一般的外力，他們還是咬合得較好，於是還是表現為“接觸良好”。當然，如果這種接觸之間的壓力不夠大，再加上雜質較多，那麼即使短時間內不會再出現接觸不好，時間久了，各種因素不斷地作用，總有一天可能還會變成接觸不良的。
另外，器件間的熱脹冷縮也會對接觸麵進行影響，使其受力或變形。除了環境溫度的變化，機器自身工作時的發熱也會造成機器內部溫度的變化。運動是絕對的。以上各種變化和運動，都在不斷地影響到接觸麵之間的狀況。人們表麵上認為沒去“動”這些器件，表麵上是波瀾不驚，但事實上，不斷地有外因作用於這些接觸麵，接觸麵的接觸狀況已經發生了“波瀾壯闊”的變化。
有的器件內部斷了，但是斷麵還碰在一起。於是，從外麵測試起來還是導通的。可是這種接觸是非常不可靠的。因為，斷了後，其斷麵放大來看，有很多的凹凸不平，重新接觸時，稍微有一點位移（根據上麵的描述，我想大家對“動”已經有深刻的印象了），那些凹凸就不能像剛斷時那樣吻合，於是，接觸麵積大大減少；    同時，他們之間的接觸，表麵間的壓力是很小的（隻是“碰”在一起）。於是，這種表麵上的接觸良好，在外界作用到一定程度時，總有一天會徹底開路的。有比如，多層貼片陶瓷電容，有時裝在PCB上時，在熱和機械應力的作用下產生了紋裂。有時，這些紋裂造成層與層電極之間錯位，導致電容短路。但是，有時產生這些紋裂後，層與層之間的位移不大，斷麵之間正好還是本層和本層的電極接上了，這時，電容表現出既未短路，又未開路。這種情況測試時很難測出問題來，於是產品可能流向客戶端。可是，這種電容有極大的隱患，總有一天，在各種外因的影響下，這種電容會變成開路，或層間短路的。如果理解了上麵的理論，也就能理解這個問題了。