銀觸點表面質量對開關溫升的影響及控制要點

萬海元

（廣東聯塑電氣有限公司 廣東 528318）

引言

開關溫升是決定開關性能的重要參數，直接影響到開關使用的可靠性和安全性。開關中銀觸點的接觸電阻是影響溫升的主要參數，影響銀觸點接觸電阻的因素很多，除了接觸形式、接觸壓力和銀觸點自身材料特性等之外，還有銀觸點的表面質量。在開關設計定型和采購選材確定以后，接觸形式、接觸壓力和銀觸點自身材料特性等就基本固定下來，但銀觸點表面質量繼續受生產、包裝和儲運過程的影響。在開關使用過程中，如果銀觸點表面質量不佳，則觸點間接觸電阻會增大，接觸部位容易發熱，產生較高溫升，從而發生觸點熔焊或粘連，嚴重時將導致開關失效。特別是通過大電流時，會產生高溫，快速減短產品的使用壽命。

本文從銀觸點表面質量入手，通過分析其對開關接觸電阻和溫升的影響，并通過對不同表面質量的某規格銀觸點進行測試對比，闡述其在開關中的重要性，同時提出在生產、包裝、儲存和運輸過程中對銀觸點的控制要點，以期為相關企業提供有益的參考。

1 產品標準對開關壽前溫升、壽命試驗的要求

國家標準GB/T 16915.1-2014的相關要求有：

第15.3條：防潮，潮濕箱內溫度為40 ±2 ℃，濕度為91～95%，時間48 h。

第17條：溫升，要求壽前、壽后溫升不超過45 K。

第18條：通斷能力。

第19條：正常操作（即壽命試驗）。

開關按第19.1、19.2、19.3條要求測試后，溫升不超過45 K[1]。

2 銀觸點表面質量對接觸電阻的影響

1）開關的接觸電阻。開關的接觸電阻R，是指在開關中，相互接觸的兩個銀觸點在接觸部位產生的電阻，由銀觸點接觸面上的集中電阻Rc、膜層電阻Rf和導體電阻Rj組成，即：R=Rc+Rf+Rj。

集中電阻Rc：開關動、靜觸頭接觸時，由于銀觸點機械加工表面的凹凸不平，電流會從截面積大的銀點實體流入很多小面積的接觸點，電流在此時會發生特別明顯的收縮現象，由于此收縮現象所表現出來的電阻有時也稱作收縮電阻。

膜層電阻Rf：在加工或儲運過程中，銀點表面因各種化學腐蝕、粉塵等污染，在銀點表面形成導電性較差的物質如拋光中的研磨劑、拋光劑、粉塵或其它無機、有機物殘留，由此形成的接觸電阻稱為膜層電阻。

導體電阻Rj：引出線所用導體的電阻[2]。

2）銀觸點表面質量。用肉眼觀察，銀觸點表面狀態十分光滑，但在顯微鏡下，仍能觀測到5～10 μm的凸起部分。說明在銀點接觸時，實際上是銀點表面上很多微小的點接觸，而不是兩個接觸面接觸，實際的接觸面積遠遠小于理論接觸面積。而這個實際接觸面積又與銀點之間的接觸壓力和銀點表面的拋光程度相關，兩者可能相差巨大。實際上，在開放的環境下，沒有真正干凈的銀點表面，即使密封及拋光狀態很好的銀點面，一旦進入開放的環境下，在銀點表面就會形成氧化膜，同時與空氣接觸形成氣體吸附膜，空氣中的粉塵也會吸附在銀點表面，形成形成沉積膜。因此，從微觀來說，銀點表面并不是真正光滑和潔凈的。

3）銀觸點表面質量主要包括銀觸點表面狀態、表面異物和表面膜，對開關的接觸電阻都有一定程度的影響。

2.1 銀觸點表面狀態對接觸電阻的影響

銀觸點表面質量影響因素包含表面粗糙度Ra和表面平坦度Rp。

表面粗糙度Ra是指加工表面具有的較小間距和微小峰谷不平度，用肉眼難以區別，銀點的表面也是這樣。因此，實際在開關閉合時，銀點間的接觸只是銀點表面微小的凹凸點與點間的接觸而不是整個平面接觸。銀點表面的粗糙度越小，銀點表面越平滑，銀點間接觸面越大，集中電阻就越小。同時能減少表面形成有機膜或無機模等、也能減少空氣中粉塵或有害氣體的進入。

表面平坦度Rp，主要由于制造銀點的模具表面不平或者模具表面處理不好，生產中變形，引起表面平坦度差。其對開關接觸電阻的影響要遠遠大于表面粗糙度Ra對接觸電阻的影響。從這點來看，銀點制造公司質量控制環節很重要，特別是對模具的管控。

2.2 銀觸點表面異物對接觸電阻的影響

銀觸點表面雜物對開關的接觸電阻影響很大，輕微時引起電阻增大，嚴重時會引起接觸失敗。銀觸點表面異物產生的原因主要有：

1）在熱處理和表面處理過程中銀觸點化學添加劑污染；

2）制造過程中銀觸點表面受到的合金屑、銅屑及油污的污染；

3）組裝過程中受到的組裝相配的物料及油脂等的污染；

4）包裝和儲存過程中銀觸點表面受到的塵?；蚺c銀觸點可能接觸的相關物資污染。

多家開關廠家在銀點使用過程中，經常發現銀點表面因為有雜物，引起接觸電阻增大，壽前溫升超標，嚴重時引起塑膠件熔化等現象，最后引起開關沒使用多久就失效。

開關表面選用適當厚度的銀點，開關壽命會更長，在使用大電流開關通斷過程中，特別是現在的LED燈，啟動電流大，銀層燒蝕后，一旦露銅，開關很快就會失效。由于銅的接觸電阻大，當銀點與銅接觸時，銅在開關打火時由于電弧的作用，會生成銅鹽或者銅氧化物，銅鹽及銅的氧化物的電阻率都很高，從而引起銀點接觸電阻增大。同時如果在銀點生產中，如果銀層表面上含有銅屑，也會引起打火時產生銅鹽，引起電阻增大。在銀點后處理中，可以通過超聲波清洗，去除了銀點表面的銅等依附雜物和表面膜后，可以降低接觸電阻。

銀點如果防護不當，直接存放在大氣中，特別是惡劣環境中，銀點表面會吸附空氣中的粉塵，水汽，空氣中的酸咸鹽等，這些物質會對銀點進行腐蝕，引起接觸電阻升高。置于空氣中的銀觸點表面的異物對銀觸點接觸電阻的影響很大，遠高于銀觸點表面粗糙度對接觸電阻的影響。其接觸電阻極不穩定，起伏較大。

2.3 銀觸點表面膜對接觸電阻的影響

銀觸點表面膜是觸點表面因外來污染物腐蝕等原因，產生的一層導電性能較差的薄膜，因而加大了接觸電阻。根據其形成的原因、化學成份和觸點制造過程，分為三種：

第一種是無機表面膜。這種膜是由銀點表面材料與空氣中的污穢雜質發生化學反應，在銀點表面形成一種連續的無機膜如氧化物、氯化物、硫化物等。

第二種為有機膜。

第三種為微粒污染膜。

銀點表面膜的輕重程度是導致銀點接觸電阻升高的主要因素。

3 改善銀觸點表面質量的管控措施

為了達到開關較低的接觸電阻，需要從銀點生產過程管控好，保證銀點出廠的表面質量要求，另一方面，需要從銀點鉚接及開關組裝過程中加以管控，將銀點生產環節及開關生產工藝相結合，確保提高銀點表面質量的同時，搞好后續控制工藝要求，從而降低開關觸頭的接觸電阻，提高開關的可靠性，可采取以下措施：

3.1 銀觸點生產過程的管控

1）保證銀觸點所用模具的材質和制作精度，做好模具維護；

2）做好銀觸點生產車間清潔、盡可能無塵；

3）及時清理和清除銀觸點制造過程中的加工屑；

4）合理選擇研磨等后續工藝，如超聲清洗，去除油脂和金屬碎屑等；

5）全程做好質量管控，真空包裝和儲存。

3.2 觸頭鉚接及開關組裝過程的管控

1）鉚接時確保與銅片鉚接良好，減少接觸電阻；

2）在開關組裝過程中做好人體防護，盡量讓銀觸點等導電件不與人的皮膚等物質接觸；

3）包裝、儲存盡量采用真空包裝；

4）開關結構上保證上下銀觸點接觸良好，壓力適中。

4 產品測試對比

1）樣品準備：

將同一規格、不同表面質量狀態的銀觸點裝配在完全相同的開關中，分為A、B、C、D四組，每組8個樣品。詳見表1。

表1 不同表面質量樣品特征

2）接觸電阻測試

將組裝好的四組開關樣品各8個樣品，采用電橋測試，測試結果見表2，對應的電阻波動曲線見圖1。

表2 四組產品的接觸電阻

圖1 電阻波動特征

3）壽前溫升測試

按GB/T 16915.1-2014第15.3條規定，在潮濕箱里進行，箱內空氣溫度分別在（70±2）℃，試驗168 h；（23±2）℃，濕度為50%，試驗96 h；（40±2）℃，濕度為93%，試驗48 h后測試壽前溫升，通過20 A電流測試，產品壽前溫升見表3，產品溫升曲線見圖2。

表3 四組產品壽前溫升

圖2 產品壽前溫升波動曲線

4）測試結果分析

通過對四種不同表面質量狀態的銀觸點裝配在完全相同的開關中測試，從開關的接觸電阻及壽前溫升的測試結果來看，D組的平均接觸電阻最小，壽前溫升最低，同時接觸電阻及壽前溫升波動幅度也最小，A組接觸電阻平均值最大，壽前溫升最高，有部分產品已經超過標準要求的45 K，同時波動幅度較大，質量控制難度也大。從這個結果來看，優良的銀點制作工藝及無塵環境，配合上自動化開關生產作業，能夠將銀觸點表面質量控制好，從而降低產品的接觸電阻，降低開關產品的溫升，達到提高產品質量的目的。

5 結論—銀觸點控制要點

從以上分析和測試結果，得出如下結論：

銀觸點是開關中非常關鍵的零部件，其表面質量直接影響開關觸頭間接觸性能，若表面質量不佳，會使接觸電阻變大，導致發熱引起溫升偏高，從而影響開關的使用安全和使用壽命。銀觸點表面質量受生產銀觸點所用模具、生產環境、包裝儲運方式等多種因素影響。所以，要保證銀觸點表面質量，需要做好以下控制要點。

1）銀觸點生產廠應選用優良的模具，并做好生產過程和日常的模具維護。

2）管控好沖壓和鉚接過程的生產工藝及生產環境，做好產品表面拋光和清洗。

3）采用自動化生產設備，保證產品表面質量的一致性和穩定性。

4）開關組裝過程避免銀觸點沾染油脂、汗漬等。

5）產品盡量采用真空包裝，能夠保證在周轉及運輸中表面不受污染。

6）干凈整潔的生產環境、精細化質量管理是保證產品質量穩定的重要因素。