2.3.2 表面氧化物的接触电阻

    也许在这里还有必要重提等式(2.9)所介绍的金属接触，不论是何种金属涂层，其上均会附着一层诸如氧化物之类的化学物质，则前面所提及的接触面变形实际上就是指这些氧化物的变形。至于表面氧化膜，不管是开头所提到的还是在连接器的运用中出现的，均是影响接触接口的不利因素。选择合适的接触面镀层将对生成的氧化膜起着决定性作用，不仅可决定氧化膜的种类还可决定其受到破坏的容易程度。这类话题将在第三章中作详细讨论。

   如果表面氧化膜并没有消除或只是部分被消除，其结果将导致给压缩电阻额外加上一个电阻。氧化膜电阻可有两种存在形式，如图2.15 示。如果氧化膜没被消除，伴随压缩电阻的产生将会产生氧化膜电阻（如2.15 图左侧示意）。如果氧化膜被部分消除，则该氧化膜电阻会成为有效电阻与金属压缩电

阻并联（如2.15 图右侧示意）。这种高阻抗的氧化膜电阻由于金属接触导通而相当于被有效地减小了其厚度。但是，从整体上来讲，电阻值还是升高了，原因是氧化膜的存在减小了金属接触面的面积。表面氧化物引起的电讯衰弱．氧化物的电阻系数可以为很高，相当于半导体到绝缘体的电阻系数范围，并具有高度可变性。氧化物的可变性可发生在以下三个化合物性质方面：

．成份

．结构

．厚度

这三个性质，均与氧化膜形成的条件有关。特别是环境的成份，温度，湿度对氧化膜的结构、性能起着决定性作用。由于氧化膜的易变化性，所以对氧化膜进行机械性的破坏是处理氧化膜的**方法。

然而，氧化膜的结构却有利于与电相关的方面，Wagar 和Holm 均对此作过详尽描述，现简要地概括如下。一个电场穿过一绝缘体或者一高阻抗薄膜将会导致产生新的机构，如电桥、可提供fritting 的机构，用一临界电场导致电压穿过氧化膜是实现这一目的的必要条件。可是，更多的情况下临界电场（甚至是临界电压）也是依赖于更前面所提及的可变因素：表面氧化膜的厚度、组成及结构。另外，当电桥产生以后，电桥的电阻也要依赖于电流的大小。该等电阻的可变化性加上电压需求的可变化性会导致表面氧化物的电子故障并给一般的电子应用带来麻烦。

   表面氧化物的机械破裂．因为制造一金属接触接口的需要，表面氧化物的机械破裂在连接器上尤其重要。马口铁（镀锡铁皮）以锡作为接触镀层来源于这样一个事实，即马口铁表面上原有的氧化物薄膜在连接器对接时很容易破裂和转移。氧化物转移的机理如图2.16 所示。在马口铁表面覆盖有一层又薄（几十分之一公尺）又硬又易破裂的氧化物薄膜，薄膜下的马口铁则又软又具延展性。当于此马口铁施加一接触压力时，很薄的氧化物层不能承受该载荷，又因为它很易破裂，在这样的条件下，载荷被传导进又软又具延展性的马口铁内部，其在载荷下开始流动，且随着马口铁的流动，氧化物薄膜扩大裂缝而马口铁通过裂缝被挤出。此外，马口铁表面开始形成可电性导通的区域。威廉姆斯在铝而不是在马口铁上证实了这种机理，如图2.17 所示。

图2.17 之左图表示当一球载荷施加在铝平面上时，铝表面上的氧化物所发生的破裂；右图表示在铝的表面氧化物被去除此之后，原来发生破裂的区域。在铝的氧化物接口上，铝被明显从裂缝中挤出，而比铝更软的马口铁则更易受这一机理的影响。图2.18 的数据可证实上面的假设。图2.18 表明对于一个铝与铝相互接触的系统，接触阻抗对应于接触压力的关系。接触几何形状的研究包括半球面而不只是平面，加载与卸除的数据都表明：甚至在很小的接触压力下，当加载时，马口铁的表面氧化物很容易地转移是接触阻抗急剧下降的一个象征，这暗示一个金属接触接口的创建。进一步的金属接触的证据能够从以下事实被推证，即随载荷的移动，低阻抗价值被保持。这种特性被解释成为在接触接口发生了冷焊。随载荷的降低，冷焊维持完整的接口。更进一步的冷焊的证据是事实上，在许多情况下，对于卸载时的分离接触，一个确定的压力是必要的。泰姆塞特在研究铝的接触时证明了同样的特性。

在图2.18 的载荷条件下，从软和硬的物质上薄膜转移的不同可以得到图2.18 与图2.19 的数据比较．在这个例子里，对于半球面和平面，接触金属都是铜合金C72500(89%铜9%镍2%锡)。空气中热老化性导致了表面氧化物的形成。C72500 明显比马口铁硬所以在载荷条件下的破裂会更低。因为正是破裂驱使裂缝和表面氧化物分离的产生，而在C72500 比在马口铁上更难转移氧化物。此外，C72500 通过裂缝挤压而出的部分将更少。这些不同如图2.19 所示。

随载荷的施加，对于分裂表面氧化物，更高的接触压力是必要的。直到100克力被施加，否则不会发生接触阻抗的明显下降。由于C72500 比马口铁更硬，所以它上面的接触点会更小。此外，变形的减少将导致更少的氧化物的分离与挤出。因为金属接触区域的减少，这些机理影响下的组合会导致更高

的接触阻抗。C72500 的卸除特性也不同。它比马口铁具有更好的弹性，也经历更多的弹性变形，并随载荷的移动发生弹性回复。这会产生分离表面及打破接触点的趋势。正象所指出的那样，在低于60 克力时接触阻抗的增加。以上数据表明，至少在微观上，当缺少残余应力去提供接触接口的机械稳定性

时，单纯依靠冷焊不可能足以维持接触几何形状接口。这个事实会在以后被重提，并将在讨论卷曲连接时表现出其它的意义。

连接器技术之 2.3 接触面形态及电气特性（下）

2.3.3 总论

在电子与机械方面，接触接口的粗糙模式都提供了解释。简单说来，接

触接口形态论依靠(depend on)表面粗糙度、接触接口上的压力和接触表面的几

何形状。表面粗糙度强烈地影响粗糙接触点创建的数目。接触接口压力，决

定全部的接触区域，而接触弹性几何形状决定遍及(over) 粗糙分配的区域。

这解释了为什么接触压力和接触几何形状是主要的设计对数的原因，并且这

两个因素都将在6.2 节中详细讨论。

连接器技术之 2.3 接触面形态及电气特性（下）