谈谈连接器额定电流测试标准EIA 364-1004

2021年3月13日
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EIA 364-1004是确定连接器额定电流的一种测试方法,当然这种额定电流是经历过了一定的环境测试,达到了产品寿命终止时的额定电流。并不是我们做设计确认时的初始电流。

当端子在承载电流时,会产生焦耳热量,端子的温升可能加速连接器接触区的失效。这可能性会引起安全问题,因此通常在连接器上指定一个最大的额定电流。为了确保温度上升的稳定性,要求设备在产品寿命内保持稳定的接触电阻值。EIA 364-1004中的测试序列是应用极端的环境应力,旨在验证电子连接器和插座在暴露于模拟应用应力后的温升和和电阻稳定性。

谈谈连接器额定电流测试标准EIA 364-1004

上表是来自于EIA 364-1004, 一共有10个角标,在NOTES中解释了这10个注解,在这里用中文列出如下:

1)这里只给出了测试方法,对于具体的测试等级和持续时间需要专门指定。

2) 表中的数字表示测试的顺序。

3) 测试组1是针对镀锡产品的.

4) 测试组2是针对镀层为金、钯、银以及它们的合金产品的。

5) 测试中的电压降测试在第4步到第16步中的偶数测试顺序是可以选择性进行的,可以不进行监测。

6) 对于金镀层的产品,如果其金镀层厚度在0.75微米(30微英寸)或更厚,则湿度循环测试是可以选择性进行的,也可以不进行测试。如果金镀层低于这个值,就必须进行测试。

7)对于锡镀层的产品,在第5步进行的几次的预插拔后,应使用足够倍率的放大镜对配合的锡表面进行目视检查。如果在磨损轨迹中有 25% 或更多的比例中暴露了底镀层或基材金属,则这个混合气体测试(MFG测试)是强制性执行的。否则,可以不用做这个测试。

8)在进行振动测试时,除非有其他参考文件指定,否则要在测试进行带强电测试,电流值是被测端子可以产生温升20度+/-3度时的电流。

9)对于电流循环测试,除非有其他参考文件指定,否则这个测试的循环次数应该是1000次。

10) 对于电流循环测试,温升和电压降应该在每一个“通电”时段的最后15分钟内进行测量,而且一天最少测量二次。

EIA 364-1004测试程序的分析

1)测试组1的分析

测试组是是针对镀锡产品的,镀锡产品的失效机制是微动腐蚀

在这里也要再次强调一下,现在行业中还是有很多用户针对镀锡产品的失效进行的测试是盐雾试验,我在之前的文章中也有专门的解释,其实那是一种浪费钱又没有效果的一种测试方法。在EIA 364-1004的评估产品一生中额定电流的承载能力中,并没有引入盐雾这种测试。

测试组1中的第4~16测试顺序中的偶数测试------针对电压降的监测 是确定每一个环境测试后的电阻变化情况,这里就不再祥细介绍。

测试组1中的第1步是针对产品的外观检查,这是样品准备的必要环节。

测试组1中的第2步和第3步是测试初始的接触电阻和温升。

测试组1中的第5步是使连接器端子进行几次预插拔测试,这个测试的目的是模拟产品在生产制造过程中有可能发生的几次插拔,比如在线束生产时,要进行的导通测试,就有可能会使连接器端子被插拔过。需要说明的是,在这一步的测试中不能使端子全部可插拔的寿命次数全部进行插拔,那样就不是模拟实际的使用状态了。一般情况下,对于纯摩擦的配合表面,进行10次预插拔是可以接受的。

测试组1中的第7步是热冲击测试,这个测试的目的是模拟由于运输的原因可能导致的连接器壳体失效,从而引起端子的定位或者机械抵抗力上的失效。这种模拟运输可以理解为一台整机,大南方制造的,但是运到了北方去销售。一般情况下这种热冲击测试的条件是-20度到+60度,做20个循环。

测试组1中的第9步是温度寿命测试,也就是我们平时所说的老化测试,这个测试的目的是模拟端子材料的应力松弛特性,在端子的寿命周期内,在额定工作温度条件下,寿命终止时端子的机械强度(拉伸强度/屈服强度)的余下量。由于应力松弛的存在,端子的正压力会下降,影响到端子的接触性能,可能导致接触不良或者接触电阻变大等可能性。应力松弛的测试条件(温度和持续时间)可以按拉森米勒方程进行计算或者参考EIA364-1000中的老化测试条件。

测试组1中的第11步是湿度循环测试或者温湿度循环测试,这种测试的目的是使端子表面的镀锡成发生氧化,有可能这种氧化物会渗入到公母端子的接触界面中,使接触电阻增加,端子接触失效。

测试组1的第13步是混合气体测试(MFG),这种混合气体是强酸性的,其会与端子的基材金属发生反应。所以,如果基材金属有暴露出来的可能性时,才需要进行MFG测试。如果都是锡的表面,MFG就没有必要进行了,其作用与湿度循环测试是一样的了。

测试组1的第15步是做振动测试,这个测试的目的就是在模拟微动腐蚀。前面几道工序测试后已经在端子表面形成了一层氧化层(湿度测试)并且高温老化后端子的正压力(夹紧力)也降低了,那么这时候发生微动腐蚀的可能性比较大,所以,用振动测试来加速微动腐蚀的发生。

一般情况下,这个振动测试是不需要进行瞬断监测的,取尔代之的是在这个测试中施加了温升可以达到20度时的电流。我分析的原因如下:

A)由于振动测试的持续时间很短,发生微动后的氧化反应可能还没有来得及反应或者反应得不充分,所以,在这个测试中要求带强电测试,加载温升达到20度时的电流,这样有一定的高温存在,那么发生微动后就很容易发生氧化。

B)连接器承载电流进行测试也复合连接器应用中的实际情况,但是由于这个振动的强度会高于实际应用的振动等级,所以加载的电流并不是温升30度时的电流(一般情况下连接器寿命终止时的温升要低于30度,以此来确定额定电流),而是温升20度时的电流。

C)第三个原因有可能在振动过程中会产生瞬间的高电阻,而此时在通有强电的情况下,就会引起接触界面上的微小触点发生超温熔化,从而加速接触界面的失效。

测试组1的最后二个步骤就是再次确认最后是电压降和温升。在这种条件下,结合安全系数的考量,此时温升低于30度的电流值就会被认定为连接器的额定电流。

2)测试组2的分析

测试组2是针对镀金、钯、银及其合金的产品进行的测试。

金和钯是属于贵金属镀层,需要用到MFG测试来评估其电镀完整性,MFG中的酸性成分不会与金或钯发生反应,但是其是可以与底镀层或基材金属发生反应。金或钯的主要失效机制是由于电镀的孔隙问题而引发的孔隙腐蚀以及腐蚀漫延。银是一种非贵金属镀层,与发生的主要失效机制是银的硫化以及微动后的硫化腐蚀,所以要用混合气体(MFG)对其进行测试评估。

测试组2中的一些测试内容与测试组1中的内容是相同的,对于相同的测试目的,这里就不再祥细说明了。针对不同的地方解释如下。

测试组2中的第11步湿度循环测试是可选项,当金镀层达到0.75微米以上时,是不需要进行这一测试的。
测试组2中的第13步的混合气体测试目的与金、钯或银的失效机制是相符合的。经过混合气体(MFG)测试后,在金的表面会形成一层氧化膜层。

测试组2中的第15步振动测试并不是诱发微动腐蚀的,这一点与锡镀层的测试目的是不一样的。研究表明一旦公母端子的接触界面上形成金属与金属的连接,那么接触电阻的变化,可以从遵守以下三个条件:

A)非导电薄膜层(氧经膜层)在端子接触点周围形成了,但是端子接触界面间没有相对运动,则电阻是稳定的

B)端子接触界面间有相对运动,但是不存在非导电薄膜,则电阻是稳定的。

C)只有当非导电膜存在时,并且伴随有端子接触界面间的相对运动,则电阻是很容易增加的,这将严重地影响产品的性能。

基于这三个条件,振动测试的目的就是让公母端子的接触界面产生相对运动。对于这个测试中的带强电测试的原因,可以参考测试组1中的说明,由于厚的金或钯镀层没有微动腐蚀失效,所以测试组1中关于强载强电测试振动的第A条原因应该不适用于金或钯镀层。

3)测试组3的分析

这个电流循环测试在很多标准中都出现过,例如:

A)适用于快插端子的UL 310标准或GB 17196标准;
B)适用于接地环的UL 486 A&B标准;
C)美国汽车工业的连接器标准USCAR 2和USCAR 21。

电流循环是一个加速老化测试。它能引起端子材料发生温度循环,引起热胀冷缩现象,从而导致锡镀层接触界面的微动腐蚀,发生氧化现象和金属间化合物;也有可能在薄金镀层接触界面发生磨损。而且电流循环还有可能引起可分离接触界面因超高温度而被迅速氧化,而导致失效。电流循环还有可能引起永久性连接区域因热胀冷缩现象引起连接区的扰动,从而诱发连接失效。

总的来看,电流循环测试综合了 温度寿命(老化)、温度循环引起的微动(测试组1和2是由振动引起的微动)、带强电测试。所以,其是一个非常有效的测试。

UL310中定义的电流循环的测试电流是2倍的额定电流。USCAR 2中定义的没试电流是温升达到55度时的电流,并且考虑了一定的安全系数。可以用这些方法来确定初始定义的产品额定电流值是否合适。

以上内容是针对EIA 364-1004的分析,欢迎沟通交流。

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