(中国电子科技集团公司第四十研究所，安徽蚌埠，233000)

1 引言

随着现代电子技术的迅猛发展，对互连器件质量和可靠性要求越来越高，不论是高频电连接器，还是低频电连接器，接触电阻都是保证电连接器能正常可靠地工作的最基本的电气参数之一。通常在电连接器产品技术条件的质量一致性检验A、B组常规交收检验项目中都列有明确的技术指标要求和试验方法。这个检验项目也是用户判别电连接器质量和可靠性优劣的重要依据。但是，由于采用的仪器、测试工装、操作方法、样品处理和环境条件等因素的不同，直接影响到检验结果的准确性和一致性。为此，本文对这个检验项目在实际操作中存在的问题进行一些讨论。

2 作用原理

在显微镜下观察连接器接触件的表面，尽管镀金层十分光滑，则仍能观察到5-10微米的凸起部分。会看到插合的一对接触件的接触，并不是整个接触面的接触，而是散布在接触面上一些点的接触。实际接触面必然小于理论接触面。实际接触面可分为两部分：一是真正金属与金属直接接触部分。二是通过接触界面污染薄膜后相互接触的部分。所以，真正接触电阻应由以下几部分组成：

2.1 集中电阻

电流通过实际接触面时，由于电流线收缩(或称集中)显示出来的电阻。将其称为集中电阻或收缩电阻。清洁的接触对，其收缩电阻约在10-5～10-3欧姆之间。

收缩电阻估算——接触表面主要是塑性变形时，收缩电阻估算为：

式中：ρ——相同金属表面的电阻率(见表1) Ω·m

H——金属表面硬度 (见表1)N/m2

F——接触处的正压力 N

ε——塑性变形的修正系数，表示实际接触处除塑性变形外还有部分弹性变形，通常ε=0。7，当接触表面清洁，膜层厚度小于5埃时，接触电阻可算收缩电阻。

表1 几种金属的性能数据

2.2 膜层电阻

由于接触表面膜层及其他污染物所构成的膜层电阻。从接触表面状态分析;表面污染物膜层可分为较坚实的薄膜层和较松散的杂质污染层。故确切地说，也可把膜层电阻称为界面电阻。

膜层电阻估算——当两接触表面间施以电压，电场强度低于109～1010伏/米时，两表面之间的膜层电阻值可大致按下式估算：

式中：ρF——隧道电阻率(其值随膜层厚度急剧上升，见图1) Ω·m2

对于金镀层，若表面为遭磨损破坏，其化学性能是稳定的，表面氧化层厚度约在5埃左右。

镀银表面，对于空气中的硫非常敏感。由于硫化氢而造成的硫化银膜层可按下式近似估算其厚度：

d=22.4nt0.8c0.43

n——与湿度有关的系数，当相对湿度90%以上时，n=1；80%时 n=1/2；70%时 n=1/3；30%时 n=1/4

c——硫化氢气体浓度 ppm

t——接插件置于硫化氢气体中的时间 h

铜接触对的氧化膜厚度可近似按下式计算：

式中： t——件置于空气中的时间，t值应至少为1小时

T——接触对周围空气温度 K

膜层能耐受的电场强度约在109伏/米附近，超过此值之后，膜层将被击穿，电阻迅速下降，但往往由于通过电流的热效应加速了化学反应，对膜层又作一定“修复”，这样，接触电阻呈现了非线性，见图2。通过膜层的电流大小不同时，电阻差异很大，比如弱信号时，接触电阻值很大，强电流时电阻反而因膜层被击穿而减小，这种变化随电流而异，且是不可逆的，因此接触电阻将变得非常不稳定。

图1 隧道电阻率与膜厚的关系

图2 接触电阻的非线性变化

2.3 导体电阻

实际测量电连接器接触件的接触电阻时，都是在接点引出端进行的，故实际测得的接触电阻还包含接触表面以外接触件和引出导线本身的导体电阻。导体电阻主要取决于金属材料本身的导电性能，它与周围环境温度的关系可用温度系数来表征。

为便于区分，将集中电阻加上膜层电阻称为真实接触电阻。而将实际测得包含有导体电阻的称为总接触电阻。

3 影响因素

主要受接触件材料、正压力、表面状态、使用电压和电流等因素影响；

3.1 接触件材料

不同材料和镀层的接触件，具有不同的接触电阻。电连接器技术条件对不同材质的同规格插配接触件，规定了不同的接触电阻考核指标。如GJB101A-97“小圆形快速分离耐环境电连接器总规范”规定，直径为1mm的插配镀金接触件接触电阻，铜合金≤5mΩ，铁合金≤15mΩ。

3.2 正压力

接触件的压力是指彼此接触的表面产生垂直于接触表面的力。随正压力增加，接触微点数量及面积也逐渐增加，同时接触微点从弹性变形过渡到塑性变形。由于集中电阻逐渐减小，而使接触电阻降低。接触正压力主要取决于接触件的几何形状和材料性能。热处理工艺是否合理，直接影响材料的稳定性尤其是接触压力的稳定。正压力受磨损和寿命、微振腐蚀、机械力、温度和镀层等因素影响。正压力大小可由理论计算求得。取一个基本悬臂梁，其正压力公式为：

FN=(D*E*W*t3)/L3

式中：FN——正压力；

D——挠曲量；

E——材料弹性模量；

W——悬臂梁宽度；

t——悬臂梁厚度；

L——悬臂梁长度；

3.3 表面状态

接触件表面一是由于尘埃、松香、油污等在接触点表面机械附着沉积形成的较松散的表膜，这层表膜由于带有微粒物质极易嵌藏在接触表面的微观凹坑处，使接触面积缩小，接触电阻增大，且极不稳定。二是由于物理吸附及化学吸附所形成的污染膜，对金属表面主要是化学吸附，它是在物理吸附后伴随电子迁移而产生及必要的结构密封措施，使用单位必须要有良好的贮存和使用操作环境条件。

接触件表面粗糙度和镀层质量等表面状态将影响膜层电阻大小。接触件表面由于物理吸附引起化学氧化吸附产生氧化物，以致使插合的一对接触件界面，即使在凸起处也被隔离开了。氧化物是不良导体，如果按接触界面存在足够大的电压，则氧化表膜就会电击穿。一旦击穿，电子就自由流通。但是在许多弱电路使用时，电压是很低的(如开路电压小于50mv)，就不能击穿很薄的氧化膜。故对一些高可靠性要求的军用电连接器一般都采用镀金接触件。因为，镀金层对氧几乎不吸附。电连接器接触件表面镀金是防止腐蚀导致接触电阻升高的重要保证。高质量的镀金层不仅取决于厚度，还取决于镀层是否具有牢固的与基体材料的结合力、耐磨损和低的孔隙率。

3.4 使用电压

使用电压达到一定阀值，会使接触件膜层被击穿，而使接触电阻迅速下降。但由于热效应加速了膜层附近区域的化学反应，对膜层有一定的修复作用。于是阻值呈现非线性。

当电流超过一定值时，接触件界面微小点处通电后产生的焦耳热(I2R)作用而使金属软化或熔化，会对集中电阻11111电流产生影响，随之降低接触电阻。

4 测试方法

测量接触电阻除用毫欧计外，也可用伏-安法，安培-电位法等。

在连接微弱信号电路中，设定的测试参数条件对接触电阻检测结果有一定影响。因为接触表面会附有氧化层，油污或其他污染物，两接触件表面会产生膜层电阻。由于膜层为不良导体，随膜层厚度增加，接触电阻会迅速增大。膜层在高的接触压力下会机械击穿，或在高电压、大电流下会发生电击穿。但对某些小型连接器设计的接触压力很小，工作电流电压仅为mA和mV级，膜层电阻不易被击穿，接触电阻增大可能影响电信号的传输。

在GB5095“电子设备用机电元件基本试验规程及测量方法”中的接触电阻测试方法之一，“接触电阻-毫伏法”规定，为防止接触件上膜层被击穿，测试回路交流或直流的开路峰值电压应不大于20mV，交流或直流的测试中电流应不大于100mA。

在GJB1217-91“电连接器试验方法”中规定有“低电平接触电阻”和“接触电阻”两种试验方法。其中低电平接触电阻试验方法基本内容与上述GB5095中的接触电阻-毫伏相同。目的是评定接触件在加上不改变物理的接触表面或不改变可能存在的不导电氧化薄膜的电压和电流条件下的接触电阻特性。所加开路试验电压不超过20mV，试验电流应限制在100mA。在这一电平下的性能足以表现在低电平电激励下的接触界面的性能。而接触电阻试验方法目的是测量通过规定电流的一对插合接触件两端或接触件与测量规之间的电阻。通常采用这一试验方法施加的规定电流要比前一种试验方法大得多。如国军标GJB101A-97“小圆形快速分离耐环境电连接器总规范”中规定；测量时电流为1A ，接触对串联后，测量每队接触对的电压降，取其平均值换算成接触电阻值。

5 测试分析

在实际测量接触电阻时，常使用按开尔文电桥四端子法原理设计的接触电阻测试仪(毫欧计)，其专用夹具夹在被测接触件部位两端，故实际测量的总接触电阻R由以下三部分组成，可由下式表示：

R=RC+RF+RP

式中：RC——集中电阻；RF——膜层电阻；RP——导体电阻。

接触电阻检验目的是确定电流流经接触件的接触表面的电触点时产生的电阻。如果有大电流通过高阻触电时，就可能产生过分的能量消耗，并使触点产生危险的过热现象。在很多应用中要求接触电阻低且稳定，以使触点上的电压降不致影响电路状况的精度。