说说BMS里连接器的电镀与微动腐蚀

huangguang

之前写过一篇关于连接器选型需求的，这次就再深入一些，集中一点，聊聊连接器的电镀与微动腐蚀。

连接器大家都接触过，BMS单板上的连接器基本类似下图这种（图片来源于JST官网）。



按照实际的安装方式，又可以分为以下几种类型（图片来源于住友官网）。



这些连接器可以分为线端和板端两个部分（也叫公端和母端），其中板端连接器内部集成金属PIN针；线端连接器需要外部插入金属接线端子后，再与板端连接器对插，实现电气连接；实际的接触点就是PIN针与金属接线端子相接触（图片来源于网络，图中实际为线对线的接线端子，只是用做示意）；PIN针的另外一头用于与PCB的固定。



PIN针或金属接线端子，其本体材料一般为铜合金，例如铜锌合金：导电性好，延展性佳，可塑性高；其他还有磷青铜、铁、不锈钢等。本体材料的选取主要考虑弹性、导电性、耐疲劳性、抗腐蚀性等等因素。

电镀：

实际上，一种金属往往不能满足连接器的所有机械性能、电性能要求，所以在端子的本体上会再进行电镀上另外一层金属薄膜。

电镀是利用电解原理在金属表面附着上其他金属材料薄层的过程，可以防止氧化、提高耐磨性、导电性、抗腐蚀、可焊性等作用。

连接器端子、插针常用的金属镀层分为贵金属镀层和非贵金属镀层。

贵金属镀层例如金、钯，它们在空气中不容易被氧化；非贵金属镀层例如锡、银、镍等，它们在空气中容易被氧化。

下图为表面镀金的端子示意图（来源于https://zhuanlan.zhihu.com/p/30266978）：端子除了本体铜合金外，上面又镀了镍，而镍上又镀了金；实际上，镍通常作为贵金属电镀的打底材料，由于镍具有很好的化学稳定性，为贵金属镀层下面提供了一层坚硬的支撑层，并保护端子基材与贵金属层的迁移等。



镀金是非常理想的设计方案，但由于成本问题，BMS上面连接器很少选用，而用的更多的是镀锡的连接器（如下图），它们外观呈银白色，可焊性和导电性好、成本低而被广泛使用。



微动腐蚀：

微动腐蚀是镀锡连接器的一种很典型的失效模式，前面提到过，锡在空气中很容易被氧化，而且氧化层还不导电，然而却不影响正常使用，好神奇。

这是因为氧化层很脆，很容易被破坏；当线端连接器插入板端时，由于端子间的摩擦力，很容易把接触面上的氧化层破坏掉，漏出了锡层，进而可以正常导电。

然而，不幸的是，当完成互插后，由于振动或温度导致的热胀冷缩，端子的接触面会发生微动的位移，锡接触到了空气，造成了接触点的锡二次氧化，而这个氧化层是不容易被破坏掉的，这就会造成接触面阻抗变大，造成连接不良，这个就叫做微动腐蚀；下面的动图是其详细的形成过程（来源于https://www.te.com.cn/chn-zh/videos/industrial/the-micro-match-contact-system.html）。



总结：

这回是第一次认真了解并总结连接器的工艺知识，感觉写的很粗浅，一些拿不准的地方还是没敢提（例如镀锡的连接器是否需要镍打底），希望我自己继续保持努力；最近要忙着调试单板，我会尽量保证更新的质量与稳定；以上所有，仅供参考。