接觸電阻是繼電器的關鍵電氣性能之一,它直接影響電子設備的性能穩定性、可靠性。同時,接觸電阻也決定了繼電器的壽命次數。因此,降低繼電器的接觸電阻,對提高繼電器的可靠性、失效率等級,增加產品的使用壽命具有重要作用。
膜層電阻的污染來源
在繼電器觸點零件加工及繼電器裝配過程中,觸點零件表面容易受到二次污染。膜層電阻的污染來源主要有:
(1) 微粒污染膜。觸點制造過程中的拋光劑或研磨劑,加工工具的污染物,退火時炭化的潤滑劑和沉積在表面的易蒸發金屬,如鋅(Zn),以及在裝配、儲存或使用時落在觸點表面的塵土、塑料等顆粒。
(2) 無機化學膜。氧化物、硫化物、氯化物等環境氣氛的腐蝕產物,表面水蒸汽形成水膜后的化學腐蝕膜等。電鍍觸點時,在孔隙和應力開裂處會加重腐蝕。
(3)有機化學膜。有機蒸汽在觸點表面上的聚合作用和分解形成的有害覆蓋膜,屬于絕緣膜或半導體膜。
不管是何種膜層的污染,都嚴重威脅著繼電器的性能和工作可靠性。繼電器觸點零件一般采用鍍金或鍍銀的方式提高接觸電阻,因此,觸點零件在電鍍前及裝配過程中的清洗都極為重要。
等離子清洗
用等離子體通過化學作用對工件表面進行處理,實現分子水平的玷污去除(一般厚度在3～30nm),提高工件表面活性的工藝叫做等離子清洗。被清除的玷污可能有有機物、環氧樹脂、光刻膠、焊料、金屬鹽、氧化物等。
所有等離子清洗系統都會有等離子體的產生,但不同用途所需要的設備結構、電極接法、反應氣體種類是不同的,其工作的基本機理也有很大區別,有的是物理反應,有的是化學反應,也有的是物理化學兩種作用都產生。簡單舉例如下:
(1) 表面反應以化學反應為主的等離子清洗,習慣上稱為等離子清洗(PE)。許多氣體的等離子態可以產生高活性的粒子。
例1:
O2+e-→2O*+e-
O*+有機物→CO2+H2O
從化學反應式可見,用氧等離子體通過化學反應可以使非揮發性有機物變成易揮發,得CO2和水汽。
例2:
H2+e-→2H*+e-
H*+非揮發性金屬氧化物→H2O+金屬
用氫的等離子體可以通過化學反應去除金屬表面氧化層,清潔金屬表面。
從以上兩個例子可以總結出:反應氣體電離產生高活性反應粒子,在一定的條件下與被清洗物體表面發生化學反應,反應生成物是易揮發物,可以被抽走。因此,針對被清除物的化學成分選擇合適的反應氣體組分是十分重要和復雜的。
以化學反應為主的等離子清洗的優點是清洗速度較高,選擇性好,對有機污染比較有效,缺點是可能產生氧化物。
(2) 表面反應以物理反應為主的等離子清洗,也叫濺射腐蝕(SPE)或離子洗(IM)。最典型常用的是氬等離子體,氬氣是惰性氣體,氬等離子體中:
Ar+e-→Ar++2e-
Ar++沾污→揮發性沾污
Ar+在自偏壓或外加偏壓作用下被加速產生動能,然后轟擊放在負電極上的被清洗工件表面,一般用于去除氧化物或環氧樹脂溢出。
以物理反應為主的等離子清洗的優點是不會產生氧化副作用;可以保持被清洗物的化學純凈性;腐蝕作用各向異性。缺點是被清洗物表面由于轟擊或過熱易產生損傷;對被清洗清洗工件表面的各種不同物質選擇性差,腐蝕速率低,有時會產生玷污位移。
電鍍前清洗
觸點零件電鍍前,由于零件尺寸較小,且經過機械加工后污染較大,因此,通常采用超聲波對觸點零件進行清洗。
裝配過程中的清洗
繼電器裝配后,可采用超聲波或等離子進行清洗,但超聲波清洗后,清洗液易收縮在常閉觸點接觸部位,從而造成二次污染,而采用等離子清洗則不存在此問題。等離子清洗的方法根據實際設備的使用要求而定。下圖1為繼電器等離子清洗前后接觸電阻對比。
圖1 繼電器等離子清洗前后接觸電阻對比
由圖1可見,使用等離子清洗機清洗后,繼電器接觸電阻明顯下降，采用等離子清洗可以有效地降低繼電器的接觸電阻，從而提高產品的合格率。
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