大家還記得小時候看電視的經歷嗎？電視劇看得正熱鬧，圖像就開始不清晰了，站起來拿手拍拍拍，電視又可以正常播放了。大人們說，這是「接觸不良」。
電子產品似乎常常發生接觸不良，而且這種故障表現出來時好時壞，甚至有時候表露出來的現象令人疑惑不解。
今天，我們來說一說在電子元器件中發生接觸不良比例極高的連接器，來認識一下何為「接觸不良」，並且又該如何做好物料選型和認證來避免這些問題。
連接器接觸界面和接觸不良連接器一般是針接觸件和孔接觸件之間的連接。我們知道，元器件的引腳或端子，一般是有一層鍍層，比如鍍錫、鍍銀、鍍金等等。所以組件之間的接觸，其實就是這些鍍層金屬之間的接觸。當然，不同的鍍層金屬的導電率是不同的，對應產生的接觸電阻也有所不同。在焊接工藝時，由於焊接實際上是形成合金的過程，這個合金本身就是良導體，所以焊接本身的可靠性是比較高的，除非是焊接不良。但是，連接器之間的連接，靠的是表面之間的接觸，所以容易導致接觸不良。
圖1：連接器接觸界面
兩個金屬表面之間的接觸是否良好，主要取決於材料、接觸壓力、實際接觸面積。關於材料種類，上面已經提到了，一般器件的鍍層材料，基本上都是由良導體做的，對接觸不良的影響不大，但是表面鍍層氧化程度和腐蝕情況會影響接觸電阻。關於連接器的接觸壓力，連接器行業專業術語叫做「正向力」。連接器靠的是孔接觸件的彈力來給針接觸件一定的壓力的。一般壓力越大接觸得也越好。而且如果這個孔接觸件本身的彈性不好，這個壓力就小，接觸也就沒那麼好。同時，如果孔接觸件或針接觸件有變形，也會導致實際接觸面積小，從而有可能導致接觸不良。
圖2：插針與插座配合示意圖（F表示正向力）
以上是從宏觀的角度來分析的。事實上，要真正理解接觸不良問題，必須從宏觀逐漸深入到微觀去理解接觸問題。
接觸件的表面肉眼看起來是光滑的。事實上，這些接觸件表面並不光滑。所以，把連接器的接觸件放大到一定程度時，你會發現，其表面是充滿了凹凸不平的。可以這樣去理解，在外層空間觀察地球表面，會發現有的地方是很平的，但是你不斷地逼近來看，就會發現，其實遠看是平的地面可能包含了不少小丘陵和山谷。
圖3：連接器接觸界面微觀模型
因此，兩接觸件表面接觸時，其實是凹凸不平的表面之間的犬齒交錯的接觸。有的地方，可能是凸的和凸的相接觸，而那些凹下去的表面，可能就接觸不到對方的表面。所以，表面上看起來接觸緊密的金屬表面之間，事實上是凹凸不平的表面之間的接觸。其真正有效接觸面積已經大打折扣了。當然，兩表面接觸時，接觸面之間的壓力會對接觸狀況造成影響。壓力大，就可以使兩表面間互相嵌入得更深入，同時，有的凸起在壓力下產生形變，變得沒這麼突出，使其周圍更矮的地方也有可能接觸在一起了。所以，壓力的大小其實最終是影響到了表面間實際有效接觸面積的大小。
圖4：接觸電阻和正向力（接觸壓力）關係
金屬接觸時，如果有明顯的外力作用時，接觸狀況發生變化，大家比較容易理解。比如，連接器接觸不良時，用手去壓一壓，可能就好了。有的器件內部接觸不良，比如文章開頭提到的電視機，振動一下或敲一敲這個器件，有時可能又好了，再敲，又可能接觸不良。但是，還有些接觸不良現象，表面上看起來是比較奇怪的。比如，有的人說，我明明沒有碰那個器件，它怎麼會從接觸良好到接觸不良呢(或接觸不良到接觸良好，這裡的「良好」「不良」實際上是指接觸電阻小或大甚至開路)一般說的「不碰」，指的就是沒有直接去碰那個器件。於是，很多人就以為，這個器件就沒有受到新的外力，因此，接觸狀態是不應該變化的。
事實上果真如此麼？我們假設某個器件裝在成品上，這個成品放在桌子上。這時，這個器件是處於靜止狀態，它必定是出於受力平衡狀態。然後，有人拿起來了這個成品，這時，裡面器件有沒有受到新的外力呢？我可以很肯定地告訴你，受到了新的外力。很簡單，這個器件從靜止到運動，運動狀態改變了，所以必定是受到了新的外力的影響。既然這個器件受到了力的作用，接觸面之間就有可能重新作用，變形或位移，於是，以前的接觸狀態可能發生了變化。
我們再回憶上面講到的理論，金屬表面間的接觸是凹凸不平的犬齒交錯的接觸，同時這些表面還有氧化層和雜質。如果以前的接觸，正好處於接觸良好（或不良）的臨界點，我們想一想，這個狀態改變了，那麼有幾個可能，一個是變得更多地方接觸不上了，也有可能是變得更多地方接觸上了。這一切都取決於這3個因素：1、表面凹凸程度、氧化物和雜質的分布狀況；2、初始接觸狀態；3、受力或形變（或位移）方向。上面這三個因素中任何一個因素都是有無數種可能的。所以，外力的作用後，產生的後果也有無數種可能性。比如由接觸不良變成了接觸良好，或由接觸良好變成了接觸不良。比如，以前接觸不良的，外力作用後，變得恰好有不少凹凸之間正好吻合接觸上了，然後，由於凹凸之間相「咬」，於是，再受一般的外力，他們還是咬合得較好，於是還是表現為「接觸良好」。當然，如果這種接觸之間的壓力不夠大，再加上雜質較多，那麼即使短時間內不會再出現接觸不好，時間久了，各種因素不斷地作用，總有一天可能還會變成接觸不良的。
另外，器件間的熱脹冷縮也會對接觸面進行影響，使其受力或變形。除了環境溫度的變化，機器自身工作時的發熱也會造成機器內部溫度的變化。運動是絕對的。以上各種變化和運動，都在不斷地影響到接觸面之間的狀況。人們表面上認為沒去「動」這些器件，表面上是波瀾不驚，但事實上，不斷地有外因作用於這些接觸面，接觸面的接觸狀況已經發生了「波瀾壯闊」的變化。
有的器件內部斷了，但是斷面還碰在一起。於是，從外面測試起來還是導通的。可是這種接觸是非常不可靠的。因為，斷了後，其斷面放大來看，有很多的凹凸不平，重新接觸時，稍微有一點位移，那些凹凸就不能像剛斷時那樣吻合，於是，接觸面積大大減少； 同時，他們之間的接觸，表面間的壓力是很小的（只是「碰」在一起）。於是，這種表面上的接觸良好，在外界作用到一定程度時，總有一天會徹底開路的。
下面我們看一個連接器接觸不良的實際案例。某通訊設備公司使用標有C公司和A公司的各一根水晶頭網線對一個乙太網口進行試驗時發現，A公司水晶頭插拔數次都無出現ACT燈閃（ACT燈閃即網口連接器接觸不良），而用C公司水晶頭就發現擺動網線時就出現了網口連接器接觸不良問題，對A公司和C公司水晶頭進行分析差異如下：對兩種水晶頭的A尺寸進行測量得： A公司提供的水晶頭壓接高度為6.02mm±0.13。
圖5：水晶頭壓接尺寸
C公司水晶頭A尺寸平均為5.92mm，最小值是5.85mm（壓接不合格），最大是5.98mm（壓接合格）。A公司水晶頭A尺寸平均為6.35mm，最小值是6.24mm （壓接不合格），最大是6.45mm （壓接不合格）。
為了證明接觸不良問題與水晶頭廠家無關，用A公司水晶頭做了一根與C公司水晶頭的A尺寸一樣的網線也出現了接觸不良問題。並製作了一根符合A公司推薦公差的水晶頭，A尺寸為最小5.89mm，最大6.12mm，插入此網口連接器時也出現了接觸不良現象。
問題基本定位於網口連接器，此網口連接器使用的是A公司連接器。壽命200次，測試人員認為此網口連接器插拔次數已不止200次了，觀察此接觸不良的網口連接器發現此連接器的簧片已經有一定的變形，對比其他8PIN的網口連接器，發現此連接器簧片的彈力要比其他的差並易變形，對水晶頭要求高，即對A的尺寸要求高，壓接高度大於推薦的尺寸範圍導致簧片易變形。
圖6：接觸不良樣品和配合示意圖
分析結論：網口連接器的簧片變形是引起接觸不良的主要原因，導致水晶頭與簧片接觸面積降低。引起網口連接器簧片變形的原因，首先網口連接器簧片本身的機械性能，插拔次數超過200次的插拔壽命。另外使用的水晶頭壓接高度超過推薦值，製作網線時，水晶頭的壓接高度不規範，加速了簧片變形。
連接器選型和認證注意事項
如果想減少連接器產生接觸不良，我們最好從連接器選型的源頭把好關，挑選可靠性高的器件。但是多數客戶面臨的問題是連接器供應商數量太多，質量、服務水平參差不齊。從大量的各種各樣的連接器中選擇出符合要求的連接器，不是一件簡單容易的事。例如，連接器外形大小，結構絕緣材料類別，接觸件的金屬材料及鍍層類別以及端接技術方法等等，都直接與系統留出的空間、性能要求和互連要求有關。
連接器選型一般關注三大基本性能：機械性能，電氣性能和環境性能。
在選擇連接器時，首先要考慮電壓和電流要求，並說明連接器要用於低電平電路還是電源電路。尤其是在弱電流低電壓的情況下，由於不能穿透氧化層，所以選擇接觸件鍍層不容易氧化的連接器。其次要考慮的電參數有：接觸電阻、絕緣電阻，耐電壓等。
連接器的可用空間及連接器的尺寸是選取連接器必須要考慮的。連接器的接觸件密度越高，尺寸就越小，接觸件間距也越小。緊密的接觸件通常意味著有較少的絕緣和承受較低的作用力。除此之外，選用連接器時還需考慮以下機械參數：正向力（接觸壓力）——由使用要求和性能要求而定，較大的接觸壓力意味著較大的插入力和拔出力。插拔壽命——如果插合和分離的次數很少，則可採用低成本接觸件的連接器，如果插拔少於50次，可採用較經濟的衝制接觸件，鍍層厚度也可選得較薄一些。振動和衝擊——根據預期的振動和衝擊選擇相應的連接器，為防止振動引起連接器的分離，必須選用合適的鎖緊方式。定位銷——為防止類似的連接器的錯誤插合，可以選用定位銷。
連接器在使用和運輸過程中所處的環境對其性能有顯著的影響，所以要根據預期的環境條件選用相應的連接器。環境溫度——由連接器的金屬材料和絕緣材料決定著連接器的工作溫度，高溫會破壞絕緣材料，使金屬加速氧化並引起鍍層變質。在極低的溫度下，也可能引起絕緣體開裂和起層。通常環境溫度為-65°C~+200°C。潮溼或水——用於設備外部的連接器，常常要考慮潮溼、水汽和汙染的環境條件，這種情況下應選用密封的連接器。
制定選型指導書可以使硬體開發人員快速選用質量可靠的連接器，根據以往的產品失效分析經驗和可靠性數據，建立起優選器件類型，避免選擇固有可靠性差的器件。比如PLCC插座容易產生接觸不良，一些客戶已經明令禁選，產品開發過程中儘量避免類似器件的選用。
我們在確認好連接器後，接下來就是承認驗收的過程。而往往很多客戶不知道該如何定義質量規格。供應商給什麼就用什麼。比如插拔壽命多少次？鍍層厚度如何定義？材料如何選擇？供應商按客戶要求交完貨，使用過程中才發現無法滿足整機產品的質量要求。所以我們首先要讓供應商清楚我們的質量要求。比如我們的插拔壽命需要750次。比如我們做彈性元件一般選用磷青銅材料，供應商設計時如果選用黃銅，一般是難以滿足要求的。我們表層鍍金時一般用鎳做中間阻擋層，鎳厚度一般要求是1.27μm Min.厚度太薄會影響插拔壽命。只有你比供應商更了解質量要求，才能採購到可靠性高的器件。
供應商送樣承認時，有些廠商就提供一個尺寸報告，客戶也就判定合格了。新產品或做替代產品認證時，需要制定全面的承認書。包括客戶圖紙，尺寸報告，膜厚測試報告，流程圖/QC工程圖,DFMEA和PFMEA文件，可靠性測試報告，跌落測試報告，包裝規範，ROHS聲明等等。經過全面測試驗證的產品，才能保證質量合乎我們的要求。
物料認證過程中，關鍵物料需要進行DPA分析。DPA分析即破壞性物理分析，它是在電子元器件成品批中隨機抽取適當樣品，採用一系列非破壞和破壞性的物理試驗與分析方法，以檢驗元器件的設計、結構、材料、工藝製造質量是否滿足預定用途的規範要求。連接器DPA測試項目一般包括：外觀結構，尺寸，材料分析，鍍層分析，X-RAY分析等等。
圖7：某款連接器X-RAY分析發現短路情況
而連接器的供應商認證，須了解供應商擁有的製造能力。一般連接器的製程包括設計、模具、衝壓、注塑、電鍍、組裝、測試等等。具體了解供應商在關鍵工序的能力或經驗非常重要。通過了解，你可能會發現很多供應商都沒有足夠的模具、電鍍或者測試能力。審核過程中可以注意以下重點工序：
一、供應商的模具能力非常關鍵，特別是對於定做連接器的公司。工程師的模具設計能力、設計軟體、製造設備都是審核的關鍵。此外，還要審核供應商的模具合同是否合理，模具的好壞通常並不能通過樣品的質量來判斷，因此在模具合同中一定要定義模具的使用壽命和驗收標準。
二、對衝壓和車削流程，可以檢查供應商對模具、工具的使用壽命是否有記錄，對設備維護、過程檢驗等是否有記錄。車間的現場管理也很重要，包括合格料、不合格料的擺放，5S管理，產品的可追溯性等等。
三、對於物料的控制，包括來料檢驗、倉庫管理、注塑等等環節。有些公司會使用二次料或回收料，並且對物料之間的批次沒有進行有效的跟蹤。倉庫管理環節，需要關注是否進行批次跟蹤、先進先出、溫溼度控制等等。
四、對供應商測試能力的評估，包括原材料測試、過程檢驗、最終檢驗、出貨檢驗等。例如對來料檢驗，可考察其是否有電鍍層測厚儀、三坐標分析儀、顯微鏡；對於性能測試，可檢查是否有接觸電阻、絕緣電阻、耐電壓、插拔力、可焊性等測試能力。
我們從微觀角度認識了連接器接觸不良，而要最終解決連接器接觸不良，則還須從源頭出發，即連接器的選型和認證階段。物料選型與認證是一項產品工程，是產品質量可靠性保證的重要組成部分。產品一旦選用了某物料，其質量、可靠性乃至成本基本上60％都已固化。
如何確定物料的質量規格，如何識別不同廠家的物料優劣，如何對物料廠家進行認證，這些專項技術，在業界領先公司都有專業的團隊來進行研究，並有系統化的流程來保障物料的選用，而目前國內廠家相關的能力普遍還比較薄弱，因此從物料選用開始，產品質量就和業界領先公司拉開了差距。
2014年至今，華為，以及一度被網際網路手機掩蓋風頭的OPPO、vivo挑起了國產手機的大梁，這些擁有十多年經驗的手機廠商，攜帶著網際網路公司所不具備的元器件供應鏈管理、研發體系、質量管理、庫存管理等能力，一時風光無限。而他們多次表示，這些在手機製造業多年的能力與經驗的積累，是其厚積薄發的關鍵。無一例外，這三家企業都有其獨立而專業的團隊來負責物料的選型和認證，為製造高質量手機提供了強有力的保證。
作為中小企業，要建立這樣的物料選型和認證平臺，需要大量的人力物力，成本太高，而且缺乏經驗，需要的周期很長。深圳市壯壯優選技術股份有限公司，從創立之初，便以幫助國內電子企業打造高性價比產品、提升產品競爭力為目標，其智慧選型服務為國內電子企業提供物料選型和認證服務，例如定製物料質量規格書、定製選型指導書、物料DPA分析，供應商質量能力認證等等。
壯壯優選的智慧選型服務專業覆蓋超過28大類、400餘種小類電子物料。為電子企業提供標準化的智能選型解決方案，包括幫助企業實現物料質量現場評估、對新開發產品進行物料選型評審、對關鍵供應商進行技術質量能力認證、對物料優選庫進行在線維護及對重大物料問題進行失效分析管理等。通過壯壯優選的智慧選型服務，可幫助電子企業從物料盲選進入到有效選型階段，並保障選用的每顆物料都符合產品需求，並培養出優勢供應商，從而提升物料質量並降低產品故障率。
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