接口防护指南——腐蚀

外露接口,比如USB、插针、顶针等,在使用过程中可能会因为接触液体或者水汽,导致放置和通电时出现腐蚀,后者严重情况下会出现绝缘或者短路。

氧化

当金属与空气中的氧气发生反应形成氧化物,导致导体接触不良,阻抗变高,有时硬化脱落。这都会导致导电性出现异常。

这种一般是金属容易被氧化,比如镀层镀的锌或者金属是铝等。

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腐蚀

进水或者水蒸气凝结,通电时发生电迁移,一般是因为金属含铜,腐蚀后出现铜绿(CuSO₄)。铜绿不仅会导致导电性变差,还会发生脱落,另外它能形成水合物继续会吸水,导致进一步腐蚀。

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实验

为了对整机腐蚀防护进行评价,常用的测试方法如下:泡水测试、淋雨测试、双85关机、6595开机、高低温存储/湿热循环、人工汗、水凝实验、盐雾测试、铜盐加速等实验。

做泡水实验前一般会做24小时的温冲实验对整机进行温度冲击,通过热胀冷缩激发结构上的弱点。一般不会做跌落实验,因为这是破坏性实验,可能会有结构破损。实验中开机,定时检查整机状态,做完实验后擦干表面水分。

淋雨测试较轻微,相似的实验有溅水测试。水凝实验就是看内部是否会形成水凝珠,比如摄像头镜头。

双85和6595是直接在高温高湿环境下进行实验。高低温类似,只是有个温度变化过程,模拟从室内到室外过程中内部形成水凝珠的情况。

人工汗水、盐雾和铜盐加速都是直接进行腐蚀,观察腐蚀实验和效果,用以评估抗腐蚀的能力。

应对

为了防止腐蚀,需要将外露金属进行保护,使之不能接触水分或者盐分。

  • 金属表面镀镍磷合金或者铑钌合金(铑基添加钌的二元合金,钌在铑中的最大溶解度大于20%)\

    镍磷镀是一种化学溶液,能与碳钢等部件发生化学反应,在钢部件的表面形成一层镍磷镀膜,有效的隔断钢部件与腐蚀性介质的接触,从而达到防腐的目的^1

    新款Lightning 接口C94与C91连接器的电镀工艺由镀金升级为铑钌工艺,连接器外观视觉效果为银色。电镀效果更好,可以更加有效的防止汗液等液体腐蚀触电,更加经久耐用。单单从成本角度来说,铑钌工艺相比镀金也更加昂贵[^2]。

  • 做好防水措施,避免进水。比如使用防水胶圈进行密封,使用防水膜进行隔离等。

  • 接口不使用时降低电压或者停止供电,虽然不能完全防止电化学反应,但能降低反应速率,提高使用时间。

为了满足安全标准,也要做好失效后的应对措施。腐蚀后,会出现短路,通电时会漏电或者发热起火。可以使用NTC检测温度,使用湿度传感器检测湿度。

分析

在开发过程中实验出现的问题,分析异常时可以拆机,在放大镜下检查腐蚀点,重点关注的肯定是BTB这种接插件。

测试整机气密性,冒泡法观察整机哪里会漏水,同时也需要使用红墨水多次实验检查漏水点。

Reference

[^2]: 新款 Lightning 接口与旧款有何区别?为什么新款数据线接口是银色?