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介绍一种高性能低成本的新型连接器润滑剂行业资讯

2022-12-19 15:53:22

新近开发的一种高级苯基醚(APE)润滑剂,其性能相当于原有的高性能聚苯醚(PPE)润滑剂,而大大优于现有的普通低价润滑剂,而其成本却大大低于聚苯醚润滑剂。

摘要:新近开发的一种高级苯基醚(APE)润滑剂,其性能相当于原有的高性能聚苯醚(PPE)润滑剂,而大大优于现有的普通低价润滑剂,而其成本却大大低于聚苯醚润滑剂。

关键词:连接器润滑剂;苯基醚;聚苯醚;微振;摩擦;腐蚀

1引言

正如电子设备装配厂家所做的几百项其它选择一样,电子连接器对润滑剂的选择取决于其成本/效益比这方面的考虑。在其装配过程中,把一种润滑剂施加于连接器中往往会涉及到润滑剂本身的费用成本问题,以及施加润滑剂的设备成本和时间成本。其优点是给连接器施加一种润滑剂(而不是提供没有润滑的连接器)可以大大减少与连接器有关的现场失效问题的发生。

危害连接器的两个主要问题是接触件的摩擦和腐蚀。它们共同作用就会影响到连接器的电传导特性,甚至会导致电流传导的中断。空气中污染物的积聚和空气湿度也会加快连接器表面的腐蚀速度。摩擦问题可能源于连接器接触件的插拔过程,甚至仅仅几个微米范围内长期的微动作用也会产生摩擦问题。生产工程师们所希望达到的润滑水平就是在连接器预期寿命期限内可以有效地预防摩擦和腐蚀的发生。

最高一级的连接器的润滑保护可以通过施加一种名为聚苯醚(PPE)的润滑剂来实现。连接器润滑剂性能评估约有5~6项重要的指标,而聚苯醚(PPE)在这些性能方面均表现得极为优良。PPE润滑剂施加到连接器后,不流不淌保持在原位。只是在40~50年以后才会挥发掉,远远长于其它任何一种润滑剂,而且远远长于大多数连接器的预期寿命。在此期间,PPE可以阻止连接器表面的摩擦和腐蚀,甚至可以使任何进入连接器内的污染物颗粒发生钝化作用。

不过,对于绝大多数电子产品来说,使用聚苯醚(PPE)作为润滑剂,其成本太高。PPE广泛地应用于军事、航天和医疗设备系统中,而在可靠性要求不是很苛刻且成本必须保持低廉的消费类电子产品来说,其应用就不是那么广泛了。

最近,人们开发出一种性能相当于PPE润滑剂的廉价润滑剂,它适用于低廉的电子产品。人们认识到,大多数电子设备中所用的连接器并不要求价格昂贵PPE所具备的所有优良性能,只是要求其中一些最关键的特性。

最新开发的润滑剂是一种高级苯基醚(APE) 润滑剂,其结构与PPE相近,但制造成本相对较低。这样,APE润滑剂的成本与一般情况下所用的硅基连接器润滑剂相当。在润滑剂的一个最重要的特性方面,它表现极为良好——它可以保持在所施加的连接器表面,而现有的连接器润滑剂的最常见的缺点(尤其是硅基润滑剂)就是它容易离开连接器的接触表面而流向其它表面。

2 润滑剂表面张力

润滑剂是否发生迁移主要取决于它的表面张力。有些润滑剂在配置时其表面张力往往非常低,与那种可以渗进最细缝隙的渗透油极为相似。而连接器的润滑剂则需要相当高的表面张力。最新研制的APE润滑剂表面张力达到32达因/cm,虽然没有PPE表面张力那么高,但是完全可以阻止润滑剂流出连接器的接触表面而流到临近的表面。

为了证明具有较高的表面张力的优点,我们可以在一个合适的表面上涂覆一种常见的连接器润滑剂(如烃基或硅基润滑剂),再在其旁边滴一滴新近开发的APE润滑剂,然后将表面倾斜10°左右。结果,我们发现,表面张力使得APE润滑剂保留在原来的位置,而临近的润滑剂却慢慢地向下流淌,就像在一个电连接器中“伴随金属”一样,见图1所示。

3 与PCB的兼容性

连接器流出的润滑剂无法再保护连接器的电传导性能。而且,它可能通过一条不同的路径使连接器产生一种传导失效:例如,硅基连接器润滑剂可能对印刷电路板(PCB)的原材料产生电干扰作用。当润滑剂“伴随金属” 从连接器中流出的时候就会出现这个问题,停留在印刷电路板上,并与之发生化学反应,从而危害到将印刷电路板玻璃纤维成份粘合在一起的环氧基树脂。由于大多数印刷电路板结构设计得极为紧凑,所以很容易引发这一化学反应,并引起其电性能失效。

由于APE润滑剂与PPE润滑剂特性非常相近,基本上属于不活泼性材料,与PCB表面不会发生化学反应,即使是施加在那里也是如此。因此,它具有两个低档的连接器润滑剂所不具有的关键特性:涂覆在哪里它就停留在哪里,不会发生流动现象。而且,它不会对印刷电路板的表面产生化学侵蚀作用。具体来说,即使是在有各种合成橡胶和其它材料(包括Buna N、Viton、尼龙、聚碳酸盐和高密度聚乙烯)的条件下也不会发生化学反应。

APE润滑剂的一些性能特性与现有润滑剂的特性相似,见表1所示。在耐磨测试中显示出良好的性能(参见表2),并且在低温条件下,其性能超过当前的润滑剂,见表3所示。

新型APE润滑剂已经经历了广泛的生产测试,包括在汽车电子组件中进行测试。结果表明,在长期使用中它具有较高的可靠性,没有发现失效现象。在这一测试过程中,该润滑剂具有作为一种连接器润滑剂的所有特性要求,尤其是它不会流出连接器接触表面而流向其它表面。

4 润滑方法

总的来说,润滑剂可以通过蘸涂、喷洒或刷涂三种方法进行施加。采用蘸涂方法需要用溶剂将润滑剂进一步稀释,而另外两种方法则不要求将润滑剂稀释。那些有实际生产经验的人士更趋向于采用最有效、成本最低的刷涂方法。

一些电子连接器其实不要求涂敷润滑剂,尤其是如果电器预期寿命较短的话,或者如果认为其可靠性不要求很高的情况下。在这些应用中,连接器可能由于与锡接触而含有一定的锡,对于它所应用的某些限定需要量来说,这种含量是位于规定范围内。

当预期的可靠性更高的时候,电器就具有更长的预期寿命,或者连接器无法达到这么长的使用寿命时,就需要采用某种润滑剂来延长其寿命。在这些应用中,连接器一般要闪镀一层薄薄的金、钯或银等贵金属。这些贵金属镀层可以在一定程度上起到阻止腐蚀氧化的作用,但它一般还不是完美的解决方案。例如,金可以说是一种良好的润滑剂,但当两个金表面之间产生相对运动的时候,在这种极为柔软的金属分子就会迁移到两个接触表面的另一面,从而使另一个金属表面暴露出来。

为了预防金镀层下面的锡底层暴露出来,许多装配厂家将一种液体润滑剂涂覆在金镀层表面。液体润滑剂可以将两个镀金层分开,从而起到保护作用。反过来,它也可以保护连接器的基底金属。

5 润滑剂的性能测试

新型APE润滑剂的研制经受了许多实验测试,其中有两项试验值得讨论,因为正是在这两个方面显示出其优良的性能特性。第一项是微振测试,这是连接器的一个标准测试。

微振是连接器失效的一个主要原因。微振导致连接器内金属界面的腐蚀,并使得金属氧化物残留物积聚在连接器的接触点上。金属氧化物残留物的积聚最终又会引起接触电阻不稳定甚至会是接触件发生失效。聚苯醚(PPE)作为连接器的润滑剂已经有很长的历史,它主要用于微振条件下使接触件保持较低而稳定的接触电阻。

将一个直径为1mm、表面镀覆了一层3.8-μm厚的60/40锡-铅合金的金属插针垂直放置。插针顶端与尺寸为25mm×25 mm的一块平板接触,平板表面也镀覆了一层锡-铅合金。

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图2 未进行润滑的锡-铅合金样品在50g正向压力和50 µm微振幅度下进行测试的接触电阻(Ohm)变化情况

在测试过程中,插针以50μm的微振幅度来回运动,其振动频率为每秒60次。我们设计一个极短的0.002英寸的微振幅度,以模拟连接器现场应用中的微动摩擦。

微振测试首先在没有施加润滑剂的条件下进行。当插针损伤平板铅-锡表面后,微振腐蚀便迅速开始了。其输出值为试验中所测得的插针和平板之间的接触电阻变化。在没有任何润滑剂的情况下,有时在测试开始不到60秒钟便发生腐蚀现象。

在微振测试中,在插针上涂上新型APE润滑剂,采用50克的正向压力,然后再采用200克的正向压力。采用50克的正向压力时,振动1,000,000次,测试中止。试验1,000,000次以后,接触电阻由0.005Ω缓慢上升到0.015Ω。插针没有出现任何损伤,而且没有出现任何腐蚀现象。在采用200克正向压力的条件下,实际上试验500,000次以后便出现了同样的结果。

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图3 润滑后(厚涂层)的锡-铅合金样品在50g正向压力和50 µm的微振幅度条件下进行测试的接触电阻(Ohm)变化情况

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图4 润滑后(薄涂层)的锡-铅合金样品在50g正向压力和50 µm的微振幅度条件下进行测试的接触电阻(Ohm)变化情况

第二项测试用来揭示APE润滑剂在高温下的性能,并检测APE润滑剂的挥发情况。将该润滑剂涂抹在一块金属板上,在一个较高的恒温条件下保持预定的时间。在本试验中,其温度为180°C,持续时间为500个小时。

测试结果发现,已经挥发的润滑剂占总量不到3%。在测试过程中,没有发现任何沉积物,即使是在加速化学反应导致沉积物产生的高温条件下。高温加快了聚合作用,不过,在500个小时之后,这种润滑剂所具有的固有的热稳定性使得其聚合率小于0.15%,几乎可以忽略不计。

参考文献:

[1] Troitskii, O.A. and Stashenko, V. I., Stress relaxation investigation of the electroplastic deformation of a metal, Physics of Metals and Metallography, 47,14.

[2] Cacic, M., Performance improvement for sliding contacts utilizing tip polishing, Proceedings of 47th IEEE Holm Conference on Electrical Contacts, Montreal, Canada, September, 25–27, pp. 288–292, 2001.

[3] Myshkin, N. K., Petrokovets, M. I., and Chizhik, S. A., Wear measurements and monitoring at macro-and microlevel, In Fundamentals of Tribology and Bridging the Gap Between the Macro- and Micro/Nanoscales, Bhushan, B., Ed., Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, pp. 423–438, 2001.

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