接觸電阻作用原理
在顯微鏡下觀察連接器接觸件的表面，盡管鍍金層十分光滑，則仍能觀察到5-10微米的凸起部分。會(huì)看到插合的一對(duì)接觸件的接觸，并不整個(gè)接觸面的接觸，而是散布在接觸面上一些點(diǎn)的接觸。實(shí)際接觸面必然小于理論接觸面。根據(jù)表面光滑程度及接觸壓力大小，兩者差距有的可達(dá)幾千倍。實(shí)際接觸面可分為兩部分；一是真正金屬與金屬直接接觸部分。即金屬間無過渡電阻的接觸微點(diǎn)，亦稱接觸斑點(diǎn)，它是由接觸壓力或熱作用破壞界面膜后形成的。部分約占實(shí)際接觸面積的5-10%。二是通過接觸界面污染薄膜后相互接觸的部分。因?yàn)槿魏谓饘俣加蟹祷卦趸餇顟B(tài)的傾向。
實(shí)際上，在大氣中不存在真正潔凈的金屬表面，即使很潔凈的金屬表面，一旦暴露在大氣中，便會(huì)很快生成幾微米的初期氧化膜層。例如銅只要2-3分鐘，鎳約30分鐘，鋁僅需2-3秒鐘，其表面便可形成厚度約2微米的氧化膜層。即使特別穩(wěn)定的貴金屬金，由于它的表面能較高，其表面也會(huì)形成一層有機(jī)氣體吸附膜。此外，大氣中的塵埃等也會(huì)在接觸件表面形成沉積膜。因而，從微觀分析任何接觸面都是一個(gè)污染面。
接觸電阻怎么測(cè)
接觸電阻就是電流流過閉合的接觸點(diǎn)對(duì)時(shí)的電阻。這類測(cè)量是在諸如連接器、繼電器和開關(guān)等元件上進(jìn)行的。接觸電阻一般非常小其范圍在微歐姆到幾個(gè)歐姆之間。根據(jù)器件的類型和應(yīng)用的情況，測(cè)量的方法可能會(huì)有所不同。ASTM的方法B539 “測(cè)量電氣連接的接觸電阻”和MIL-STD-1344的方法3002“低信號(hào)電平接觸電阻”是通常用于測(cè)量接觸電阻的兩種方法。通常，一些基本的原則都采用開爾文四線法進(jìn)行接觸電阻的測(cè)量。
測(cè)量方法：
圖4-42 說明用來測(cè)試一個(gè)接點(diǎn)的接觸電阻的基本配置。使用具有四端測(cè)量能力的歐姆計(jì)，以避免在測(cè)量結(jié)果中計(jì)入引線電阻。將電流源的端子接到該接點(diǎn)對(duì)的兩端。取樣（Sense）端子則要連到距離該接點(diǎn)兩端電壓降最近的地方。其目的是避免在測(cè)量結(jié)果中計(jì)入測(cè)試引線和體積電阻（bulk resistance）產(chǎn)生的電壓降。體積電阻就是假定該接點(diǎn)為一塊具有相同幾何尺寸的金屬實(shí)體，而使其實(shí)際接觸區(qū)域的電阻為零時(shí)，整個(gè)接點(diǎn)所具有的電阻，設(shè)計(jì)成只有兩條引線的器件有的時(shí)候很難進(jìn)行四線連接。器件的形式?jīng)Q定如何對(duì)其進(jìn)行連接。一般，應(yīng)當(dāng)盡可能按照其正常使用的狀態(tài)來進(jìn)行測(cè)試。在樣品上放置電壓探頭時(shí)不應(yīng)當(dāng)使其對(duì)樣品的機(jī)械連接產(chǎn)生影響。例如，焊接探頭可能會(huì)使接點(diǎn)發(fā)生不希望的變化。然而，在某些情況下，焊接可能是不可避免的。被測(cè)接點(diǎn)上的每個(gè)連接點(diǎn)都可能產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)。然而，這種熱電動(dòng)勢(shì)可以用電流反向或偏置補(bǔ)償?shù)姆椒▉硌a(bǔ)償。
干電路測(cè)試
通常，測(cè)試接點(diǎn)電阻的目的是確定接觸點(diǎn)氧化或其它表面薄膜積累是否增加了被測(cè)器件的電阻。即使在極短的時(shí)間內(nèi)器件兩端的電壓過高，也會(huì)破壞這種氧化層或薄膜，從而破壞測(cè)試的有效性。擊穿薄膜所需要的電壓電平通常在30mV到100mV的范圍內(nèi)。
在測(cè)試時(shí)流過接點(diǎn)的電流過大也能使接觸區(qū)域發(fā)生細(xì)微的物理變化。電流產(chǎn)生的熱量能夠使接觸點(diǎn)及其周圍區(qū)域變軟或熔解。結(jié)果，接點(diǎn)面積增大并導(dǎo)致其電阻降低。
為了避免這類問題，通常采用干電路的方法來進(jìn)行接點(diǎn)電阻測(cè)試。干電路就是將其電壓和電流限制到不能引起接觸結(jié)點(diǎn)的物理和電學(xué)狀態(tài)發(fā)生變化電平的電路。這就意味著其開路電壓為20mV或更低，短路電流為100mA或更低。
由于所使用的測(cè)試電流很低，所以就需要非常靈敏的電壓表來測(cè)量這種通常在微伏范圍的電壓降。由于其它的測(cè)試方法可能會(huì)引起接點(diǎn)發(fā)生物理或電學(xué)的變化，所以對(duì)器件的干電路測(cè)量應(yīng)當(dāng)在進(jìn)行其它的電學(xué)測(cè)試之前進(jìn)行。
使用微歐姆計(jì)或數(shù)字多用表：
圖4-42示出使用Keithley 580型微歐姆計(jì)、2010型數(shù)字多用表或2750型數(shù)字多用表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行四線接觸電阻測(cè)量的基本配置情況。這些儀器能夠采用偏置補(bǔ)償模式自動(dòng)補(bǔ)償取樣電路中的熱電勢(shì)偏置，并且還具有內(nèi)置的干電路測(cè)量能力。對(duì)于大多數(shù)的應(yīng)用來說，微歐姆計(jì)或數(shù)字多用表足以用來進(jìn)行接觸電阻的測(cè)量工作。如果短路電流或者被測(cè)電阻值比微歐姆計(jì)或數(shù)字多用表的技術(shù)指標(biāo)小得很多，則必須使用納伏表加精密電流源的組合來進(jìn)行。
使用納伏表和電流源：
圖4-43示出使用Keithley 2182A型納伏表和2400系列數(shù)字源表儀器進(jìn)行接觸電阻測(cè)量的測(cè)試配置情況。
2400系列儀器強(qiáng)制電流流過接點(diǎn)，而納伏表則測(cè)量接點(diǎn)兩端產(chǎn)生的電壓降。為了進(jìn)行干電路測(cè)試，設(shè)置數(shù)字源表的鉗位電壓為20mV，這樣就把電路的開路電壓鉗位到20mV。為了保證鉗位電壓只出現(xiàn)在接點(diǎn)兩端，而不是出現(xiàn)在測(cè)試引線的兩端，該數(shù)字源表采用四線模式。在使用較大的電流時(shí)，這一點(diǎn)特別重要。因?yàn)楹徒狱c(diǎn)兩端的電壓降相比，測(cè)試引線兩端的電壓降可能會(huì)比較大。
為了避免發(fā)生瞬變現(xiàn)象，一定要先將電流源關(guān)閉，然后再把接點(diǎn)接入測(cè)試夾具或?qū)⑵鋽嚅_。將一個(gè)100Ω的電阻器直接跨接在電流源的輸出端，能夠進(jìn)一步降低瞬變現(xiàn)象。
可以使用電流反向法將熱電勢(shì)偏置降至最小。2182A的Delta模式與數(shù)字源表儀器配合可以自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)這種技術(shù)。在這種模式下，2182A 自動(dòng)地觸發(fā)電流源改變極性，然后對(duì)每一種極性觸發(fā)測(cè)量一個(gè)讀數(shù)。接著，2182A顯示“經(jīng)過補(bǔ)償”的電壓值：
其中：I = 測(cè)試電流的絕對(duì)值。
接觸電阻影響因素
接觸電阻主要受接觸件材料、正壓力、表面狀態(tài)、使用電壓和電流等因素影響。
1） 接觸件材料
電連接器技術(shù)條件對(duì)不同材質(zhì)制作的同規(guī)格插配接觸件，規(guī)定了不同的接觸電阻考核指標(biāo)。如小圓形快速分離耐環(huán)境電連接器總規(guī)范GJB101-86規(guī)定，直徑為1mm的插配接觸件接觸電阻，銅合金≤5mΩ，鐵合金≤15mΩ。
2） 正壓力
接觸件的正壓力是指彼此接觸的表面產(chǎn)生并垂直于接觸表面的力。隨正壓力增加，接觸微點(diǎn)數(shù)量及面積也逐漸增加，同時(shí)接觸微點(diǎn)從彈性變形過渡到塑性變形。由于集中電阻逐漸減小，而使接觸電阻降低。接觸正壓力主要取決于接觸件的幾何形狀和材料性能。
3） 表面狀態(tài)
接觸件表面一是由于塵埃、松香、油污等在接點(diǎn)表面機(jī)械附著沉積形成的較松散的表膜，這層表膜由于帶有微粒物質(zhì)極易嵌藏在接觸表面的微觀凹坑處，使接觸面積縮小，接觸電阻增大，且極不穩(wěn)定。二是由于物理吸附及化學(xué)吸附所形成的污染膜，對(duì)金屬表面主要是化學(xué)吸附，它是在物理吸附后伴隨電子遷移而產(chǎn)生的。故對(duì)一些高可靠性要求的產(chǎn)品，如航天用電連接器必須要有潔凈的裝配生產(chǎn)環(huán)境條件，完善的清洗工藝及必要的結(jié)構(gòu)密封措施，使用單位必須要有良好的貯存和使用操作環(huán)境條件。
4） 使用電壓
使用電壓達(dá)到一定閾值，會(huì)使接觸件膜層被擊穿，而使接觸電阻迅速下降。但由于熱效應(yīng)加速了膜層附近區(qū)域的化學(xué)反應(yīng)，對(duì)膜層有一定的修復(fù)作用。于是阻值呈現(xiàn)非線性。在閾值電壓附近，電壓降的微小波動(dòng)會(huì)引起電流可能二十倍或幾十倍范圍內(nèi)變化。使接觸電阻發(fā)生很大變化，不了解這種非線性變化，就會(huì)在測(cè)試和使用接觸件時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)誤。
5） 電流
當(dāng)電流超過一定值時(shí)，接觸件界面微小點(diǎn)處通電后產(chǎn)生的焦耳熱作用而使金屬軟化或熔化，會(huì)對(duì)集中電阻產(chǎn)生影響，隨之降低接觸電阻。