USB連接器作為絕大多數(shù)智能手機(jī)的充電接口被廣泛地應(yīng)用在市場(chǎng)之中,但在其使用過(guò)程中,出現(xiàn)了越來(lái)越多燒蝕的故障現(xiàn)象。研究燒蝕故障的機(jī)理,并建立合理的檢測(cè)評(píng)估方法對(duì)不同的連接器產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估,從而選取可靠性較優(yōu)的USB連接器以減小市場(chǎng)燒蝕故障率,具有重要的理論和實(shí)際意義。

主要分為兩部分內(nèi)容;

一方面是針對(duì)于USB燒蝕的故障現(xiàn)象,對(duì)失效樣品進(jìn)行檢測(cè)與分析,結(jié)合故障樹推斷燒蝕的失效機(jī)理,并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,進(jìn)而研究導(dǎo)致燒蝕的主要影響因素及各因素的作用特性。

另一方面,基于USB燒蝕機(jī)理的研究,建立包含主要影響因素的加速檢測(cè)系統(tǒng),使其能夠在較短的時(shí)間內(nèi),對(duì)不同廠家的USB產(chǎn)品的抗燒蝕可靠性進(jìn)行區(qū)分,研究合理的統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)USB產(chǎn)品的性能進(jìn)行評(píng)估。研究發(fā)現(xiàn),燒蝕失效USB觸點(diǎn)表面被塵土污染,VBUS觸點(diǎn)陰離子含量高,存在大量Cu、Ni的腐蝕物,燒蝕集中在VBUS觸點(diǎn)周圍的絕緣材料上。其失效機(jī)理為一定的環(huán)境條件下,USB觸點(diǎn)和絕緣材料表面吸附水膜,而大氣中可溶性鹽的沉積在水膜中形成電解液。手機(jī)充電造成正負(fù)極之間表面水分的電解和電解液中陰陽(yáng)離子的定向運(yùn)動(dòng),VBUS觸點(diǎn)上表面鍍Au層與中間層Ni和基底Cu之間發(fā)生原電池腐蝕,Ni和Cu的腐蝕產(chǎn)物造成接觸電阻升高,形成較大的焦耳熱,充電時(shí)手機(jī)內(nèi)部散熱環(huán)境較差,觸點(diǎn)附近的溫度迅速升高致使VBUS周邊的絕緣材料燒蝕,經(jīng)過(guò)燒蝕復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此機(jī)理。

通過(guò)故障樹分析和各因素作用特性實(shí)驗(yàn)研究,得到環(huán)境濕度、可溶性鹽污染、電應(yīng)力、磨損、溫度是導(dǎo)致USB燒蝕失效的5個(gè)主要影響因素,其中溫度和濕度是電化學(xué)反應(yīng)的必備條件,通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)極差分析確定了其它三個(gè)因素的影響排序依次為鹽污染、電應(yīng)力、磨損。溫濕度是電化學(xué)腐蝕發(fā)生的基礎(chǔ)條件,濕度越大越容易發(fā)生腐蝕?？扇苄喳}會(huì)與銅或鎳等金屬發(fā)生反應(yīng)生成腐蝕物,腐蝕越嚴(yán)重,接觸電阻越高。電壓使污染物中的陰陽(yáng)離子定向運(yùn)動(dòng),致使腐蝕集中在VBUS附近發(fā)生,電壓越大,腐蝕速度越快。插拔破壞了表面的鍍金層,磨損越嚴(yán)重,越容易發(fā)生腐蝕。本文根據(jù)5個(gè)因素的作用特性建立了多因素復(fù)合作用的加速檢測(cè)方法,對(duì)A、B、C三種型號(hào)USB的抗燒蝕可靠性進(jìn)行了檢測(cè),對(duì)實(shí)驗(yàn)前后接觸電阻值增量的分布進(jìn)行估計(jì),并驗(yàn)證其服從二參數(shù)的威布爾分布。以威布爾分布的特征值為主要評(píng)估依據(jù),結(jié)合USB觸點(diǎn)鍍金層厚度和累積失效率評(píng)估USB產(chǎn)品抗燒蝕可靠性。三種方法的評(píng)估結(jié)論一致,均為A優(yōu)于B優(yōu)于C,證明了結(jié)論的可靠性與檢測(cè)評(píng)估方法的可行性。