端子润滑对压接可靠性的影响

TE Connectivity 认为，对端子使用润滑剂或油是确保实现一致的高质量最终压接的重要组成部分。虽然润滑不是所有压接都要求的，但过去的研究表明，润滑可以减少工具磨损和腐蚀。此外，润滑还可在压接过程中提供更好的一致性和均匀性。TE Connectivity在本主题中的研究涉及面非常广泛。TE Connectivity研究人员研究了这项技术的各个方面，从压接类型到实心电缆性能与绞线性能的比较以及其他因素，包括污染。他们确定和研究了这些因素，以确保很好地理解可能影响该过程或压接本身的任何可变因素。在开发压接工具过程中，该研究内容为可靠工具的开发提供了指导。

通过之前的工作我们了解到端子润滑对压接力具有影响。加入润滑剂会导致压接力降低，并影响最终的压接高度。这项工作的最终建议包括使用压接润滑剂、定期调整压接高度，以及在发现磨损迹象时更换压接工具。这些建议对行业来说并不陌生；但随着时间的推移，这些建议的支持性数据及其与压接润滑的已知影响的关系已经变得模糊。这些工作表明了压接润滑剂在打造一致的高质量压接及确保一致的模具性能方面的影响。

然而问题是，如果润滑剂从外部模具转移到内部端子可能会产生什么影响。20世纪 60 年代初，安普公司 (AMP Incorporated) 研究员Zimmerman和Imswiler 调查了在压接中使用非腐蚀性润滑剂或助焊剂是否是良性的，并且是否可在改进压接一致性方面额外提供益处。虽然这项历史研究为在压接区域内涂抹润滑剂的可接受性提供了一般指导，但一般的做法是只在压线筒外侧涂抹。鉴于过去五十年来常规产品和要求的演变（如尺寸、润滑剂和环境暴露的差异），有必要确认并记载这一历史结论。选择 MCON 9.5 互连产品系列进行此次评估，以确定压接本身内部过量使用润滑剂是否将对产品的电气或机械性能造成任何缺陷。选择该产品系列的部分原因在于，初始应用测试中发现了该产品系列可形成毛刺。虽然这个问题在不使用润滑剂的情况下可以解决，但润滑剂是解决这个问题的常见办法。因此，此系列产品被视为是此项附加调查的优良候选产品。

这些建议对行业来说并不陌生；但随着时间的推移，这些建议的支持性数据及其与压接润滑的已知影响的关系已经变得模糊。

程序

表1包含产品和相关的压接工具。选择以下产品来比较三种不同条件下的电气性能和机械性能：无润滑剂、标准润滑剂和过量润滑剂。在第三种情况下，有意将润滑剂引入压接压线筒内。这可以被认为是最坏的情况，此时过量涂抹润滑剂。对这三种情况进行比较为评估 TE Connectivity 产品提供了基准，并确定了哪些性能方面（如有）最容易受到引入过量压接润滑剂的影响。

一个值得关注的方面是良好电气稳定性和机械稳定性之间的平衡。变形与电气性能或机械性能之间的关系是众所周知的。为了研究目的，我们将压接高度视为对引入压接的变形水平的表示。由 Mroczkowski 等人完成的工作证实，变形太少或太多都可导致电气和/或机械性能不佳。

由于优化的电气性能不一定与峰值机械性能一致，因此标准做法是采取平衡的方法确保满足电气和机械要求。我们知道压接润滑可影响压接高度进而影响变形，因此考虑与估计的变形相关的最终性能非常重要。

使用两个不同的 OCEAN 压接模具针对每个产品生成三组样品。第一组样品是不使用润滑剂生产的，这是这些模具的标准用法。第二组样品是使用标准润滑器配件生产的，即将少量润滑剂涂在端子导线压线筒的外侧。第三组样品和第二组样品一样也是使用润滑剂配件生产的，但是在放置导线之前用手在端子导线压线筒内侧涂抹过量润滑剂。所用的润滑剂是 Chemlube 1102 合成润滑剂，来自 Ultrachem, Inc. 公司。

这三组样品是使用相同台式端压器独立生产的。首先是不用润滑剂，其次是使用标准润滑剂，最后应用过量润滑剂。采用这一顺序是为了确保工具未暴露于来自之前所生产样品的任何交叉污染。

将改进后的测试程序 TE 109-18079 (rev. G) 用作环境测试的基准，如图 1 所示。对每组的五个样品进行了检查，并遵循图 1 中概述的过程。根据 IEC60512-2-1（第一版，2002-02），采用四端测量技术进行了压接电阻测量。根据 IEC 60068-2-14（版本 6.0，2009-01）完成了温度冲击测试。虽然根据 IEC60068-2-30（第三版，2005-08）进行了湿热循环，但有一个例外：最终的LLCR 测量是在从样品室内取出样品约 17 小时后进行的。

通过这一测试，可在 500 次温度冲击外加温/湿循环后监测压接电阻。还通过比较拔出力测试检查了压接的热循环样品的机械稳定性。

图 1：环境条件基础协议

压接之后，根据 TE 使用说明书 408-7424 (rev S) 使用压千分尺接测量了样品。应该注意，TE 通常通过机械横截面而不是千分尺来测量压接高度，以证明新的模具工具是否合格。由于横截面测量是一种破坏性技术，因此选择千分尺用于这项研究。由于压接测量方法的不同，在组之间进行了压接高度比较，而未与原始压接模具验证进行比较。从图 2 中可以看出，润滑剂的使用会影响压接高度。

与其他两组相比，过度润滑的压接样品具有较低的压接高度。有理由相信，这一组中的样品比另一组中的样品有更多的变形。这表明，应注意拔出力，以确保这些压接没有超过峰值拉力以至于拔出力大幅降低。设置和定期检查压接模具期间，由于润滑剂的影响，或者由于较长使用期间的工具磨损，应监测和调整压接高度的验证以确保一致的压接高度。

在暴露于环境之前，谨慎的做法是了解使用中的润滑剂的任何热限制。TE Connectivity 使用专门为压接而配制的标准润滑剂，它也在全球范围内提供。图3显示了 Stoner E807 润滑剂（由 Stoner Incorporated 提供）的热重分析(TGA) 曲线。根据之前 TE 所做的工作，将 Stoner E807 润滑剂开发作为Chemlube 1102 润滑剂的地方版本，因此被认为是等效的，因为两种产品都满足 AMP 配制压接润滑剂 P/N 22014 的要求。

TGA 是一种通过测量随着时间和温度变化而发生的聚合物重量变化来查看聚合物热稳定性的常用技术。这项测试在氮气和氧气的混合气体中加热润滑剂的样品，并记录了任何重量损耗以确定是否存在任何降解迹象。该测试表明，一旦润滑剂超过 160 C，就会慢慢开始损耗重量，表明已有一些低水平的降解。这个样品继续暴露在高温下直到 200 C，并保持等温模式 5 分钟以上。这次测试中的重量总损耗约为 5%。这一测试表明，推荐的润滑剂直至 150 C 时仍是热稳定的。时间及温度是衰减因素。此测试确定了材料容易受到衰减影响的温度。虽然在温度超过 160 C 时预计会产生损耗，但对于 200 C 以内的短期漂移来说，损耗相对较小。高温下的长期稳定性可能仍然存在问题，最好考虑对机械或电气性能的影响。务必要注意的是，并非所有润滑剂在热或实际运用中都具有相同的性能。

有两个标准可以确保电气稳定性得到满足。第一个是任何读数都不应等于或超过 0.15 mOhms。第二个是 delta 电阻应小于或等于 0.09 mOhms。图 4a 显示了测量的最大压接电阻。对于 MCON 9.5 和 TAB 9.5 mm x 2 mm 产品，最大读数分别低于 0.09 mOhms 和 0.12 mOhms，满足基本要求。这些产品的delta 值也满足基线要求（图 4b）。

图 4a：初始压接电阻 – 最大值

对于 MCON 端子，就最大电阻而言，标准油和过量油限定了三个样品的范围，而无润滑剂和标准润滑剂的性能相当，且其 delta 电阻小于过量油的 delta 电阻。

比较这些产品在不同水平润滑剂下的性能可看出变化的行为。对于 TAB 9.5mm x 1.2 mm，不同水平的润滑剂表现出相对一致的最大电阻读数，而相较于其他两种情况，标准油显示出显著的改善。对于 MCON 端子，就最大电阻而言，标准油和过量油限定了三个样品的范围，而无润滑剂和标准润滑剂的性能相当，且其 delta 电阻小于过量油的 delta 电阻。鉴于本研究中探讨的样品量有限，除了得到以下事实外无法得出其他明确的趋势或结论：压接过程中过量使用润滑剂不会妨碍压接产品满足产品的电气要求。

压接状态下测试的样品以及暴露在规定环境条件下的样品的机械稳定性满足了基本压接张力拔出力要求。计算为平均值减去三个标准差 (M-3SD) 大于或等于450N。此外，记录的最小拔出力也满足最低要求。各组压接/收货时的压接保持力以及环境暴露后的压接保持力可在图 5 中查看。不出所料，环境暴露降低了拔出力。考虑到润滑剂以及压接压线筒和导线的可能变化，拔出力减小并不意外。除此之外，没有明确的规则来描述故障模式下产品之间或条件之间的行为。MCON 9.5 (0.8mm) 产品在暴露于环境中之前或之后未表现出任何故障类型的变化。然而，对于 TAB 9.5 mm x 1.2 mm 产品，在断裂前确实会看到导线进一步延展，并且在某些极端情况下，在压接失败前会在固定装置处看到刀片断裂。标准润滑剂组非常好地展现了这种变化。收货状态下测试的 5 个样品在导线区域全部出现故障；表现出导线拔出和最终断线。相比之下，在 5 个经过调节和测试的标准润滑剂样品中，只有一个样品表现出这种故障模式。剩余的 4个展示出较长的导线延展，且压接时没有和电缆完全分离。对于非润滑样品，故障模式中出现了类似的变化。所有收货状态下的样品显示了与标准润滑样品相同的故障模式，但只有一个经过调节的样品共享相同的故障模式。另外 4 个在公端的刀片部分可见断裂，而不是压接。这种故障模式的变化值得考虑，但不会更改这一事实：无论故障模式为何，材料的机械性能满足最低要求。

从该产品线的电气和机械测试来看，使用油（即使是在端子内部过量使用的情况下）就产品满足最终使用要求而言所造成的影响可以忽略不计。

在压接过程中使用润滑剂对压接工具的使用寿命有所影响，还可能影响压接高度。然而，在调查 MCON 系列的情况时发现，无论是使用标准水平的润滑剂还是过量使用润滑剂，电气或机械性能都没有降至不可接受的程度。从该产品线的电气和机械测试来看，使用油（即使是在端子内部过量使用的情况下）就产品满足最终使用要求而言所造成的影响可以忽略不计。此外，务必要注意的是，应正确选择使用的润滑剂。并非所有润滑剂的性能都与这里检查的润滑剂相同。虽然在考虑不同的产品系列时会建议注意产品对压接高度的敏感性以及机械故障模式的潜在变化，但将这些结果与之前的工作进行比较，有理由相信此产品系列推导出的结论可以推广。