變頻空調(diào)高壓電解電容生產(chǎn)可靠性研究與應(yīng)用

摘要：從生產(chǎn)過(guò)程可靠性評(píng)估其生產(chǎn)期間的有效性，對(duì)電解電容本體質(zhì)量進(jìn)行提升。

1   引言

電解電容對(duì)空調(diào)供電電源質(zhì)量，保護(hù)電路避免被過(guò)電壓擊穿有不可或缺的作用，它是維護(hù)電路穩(wěn)定工作的基石。對(duì)于高壓電解電容的重要性更加突出，它工作在強(qiáng)電電路部分，若失效直接導(dǎo)致整個(gè)控制器電路失效，所以整個(gè)電路的有效性取決于電解電容的工作壽命。為了從根本上分析導(dǎo)致電容外殼轉(zhuǎn)動(dòng)失效原因，本文從電容失效機(jī)理、失效因素等方面進(jìn)行分析，其整改方案思路可以為其他電容類物料失效分析整改提供借鑒、參考意義。

圖1  鋁殼高度測(cè)試

2   事件背景

變頻空調(diào)引入使用X廠家高壓電解電容在實(shí)際生產(chǎn)中反饋可靠性表現(xiàn)并不是很好，在生產(chǎn)過(guò)程中反饋電解電容出現(xiàn)外殼轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象，該問(wèn)題嚴(yán)重影響售后質(zhì)量，對(duì)客戶安裝空調(diào)后長(zhǎng)期使用存在漏液現(xiàn)象，導(dǎo)致整機(jī)失效問(wèn)題，問(wèn)題急需攻克解決。

圖2  設(shè)備緊固螺絲未打緊

3   電解電容失效原因及失效機(jī)理分析

高壓電解電容失效主要集中變頻某班組主板上，先反饋批量X廠家電解電容外殼轉(zhuǎn)動(dòng)，后排查線上未上線制品發(fā)現(xiàn)同樣存在該現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)半成品、成品封存全檢發(fā)現(xiàn)大比例不合格，有嚴(yán)重質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，落實(shí)對(duì)半成品、成品，整機(jī)進(jìn)行封存。

3.1  電解電容失效品分析

對(duì)電解電容失效品測(cè)試結(jié)果核實(shí)發(fā)現(xiàn)都有一共性，故障品查看外殼可以旋轉(zhuǎn)，測(cè)試對(duì)比鋁殼高度發(fā)現(xiàn)存在明顯差異（圖1鋁殼高度測(cè)試，表1 X廠家不合格品與合格品測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比），不合格品鋁殼高度明顯高于正常品，分析此類缺陷為X廠家制造異常引起的不良。

表1  X廠家不合格品與合格品測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比

3.2  X廠家生產(chǎn)工藝分析

經(jīng)過(guò)對(duì)X廠家生產(chǎn)工藝排查，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程存在隱患點(diǎn)：1、封口設(shè)備改機(jī)過(guò)程中，緊固螺絲未打緊，使用過(guò)程螺絲會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，導(dǎo)致連桿行程變長(zhǎng)，產(chǎn)品高度超高（如圖2設(shè)備緊固螺絲未打緊）。2、員工抽檢不到位，只對(duì)外觀進(jìn)行觀察，未對(duì)尺寸進(jìn)行測(cè)量，檢驗(yàn)有效性不足。

該對(duì)公司過(guò)程可能造成電解電容隱患點(diǎn)制定相關(guān)管控標(biāo)準(zhǔn)：1、增加螺絲緊固復(fù)核確認(rèn)。2、員工自檢，每批產(chǎn)品檢測(cè)產(chǎn)品高度，并記錄到生產(chǎn)隨工單上（如圖3檢測(cè)產(chǎn)品高度）。同時(shí)外檢員檢查，每批由員工隨機(jī)抽取10%的產(chǎn)品手工轉(zhuǎn)動(dòng)確認(rèn)有無(wú)蓋板轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象。

圖3  檢測(cè)產(chǎn)品高度

3.3  電解電容內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析

觀察電解電容內(nèi)部，產(chǎn)品蓋板轉(zhuǎn)動(dòng)是由于產(chǎn)品鋁殼入膠過(guò)淺造成，如圖4電容成品X光透視檢測(cè)。故障品實(shí)際入膠嚴(yán)重不足，所以導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象產(chǎn)生。

圖4  電容成品X光透視檢測(cè)

3.4    電解電容可靠性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

耐久性實(shí)驗(yàn)條件施加紋波電流，溫度：105℃，電壓：450V，時(shí)間：2000h。實(shí)際實(shí)驗(yàn)600小時(shí)失效，出現(xiàn)電解液漏液現(xiàn)象，測(cè)試電解電容容值變小（如圖5 電解液漏液及測(cè)試容值）。

分析小結(jié)：通過(guò)可靠性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證高壓電解電容，由于鋁殼嵌入膠度過(guò)淺，在通電高溫實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電解液因?qū)嶒?yàn)溫度升高及通電導(dǎo)致汽化，使得電解電容內(nèi)部氣壓升高通過(guò)電解電容封口不緊出流出。若使用在用戶空調(diào)中，使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)后導(dǎo)致電解電容內(nèi)部電解液慢慢流逝，最終使得電解電容的容值下降，影響承受電壓值，最終導(dǎo)致空調(diào)使用一段時(shí)間后失效。

圖5 電解液漏液及測(cè)試容值

4   電解電容失效整改措施

4.1  電解電容失效解決方案

經(jīng)過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程整改發(fā)現(xiàn)單獨(dú)對(duì)設(shè)備緊固螺絲，及增加員工過(guò)程檢測(cè)方式及頻率，不能根本性杜絕問(wèn)題，需從器件失效現(xiàn)象方面進(jìn)行探索并采取有效的解決方案。

解決方法：鋁殼高度檢測(cè)增加二道防火墻（如圖6 封口機(jī)高度檢測(cè)防火墻）。

原理描述：封口機(jī)重新設(shè)計(jì)高度檢測(cè)，當(dāng)高度高于產(chǎn)品0.2mm后，設(shè)備停機(jī)，未取出不良品時(shí)，該機(jī)臺(tái)無(wú)法正常生產(chǎn)。

圖6  封口機(jī)高度檢測(cè)防火墻

4.2 整改效果評(píng)估及應(yīng)用效果驗(yàn)證

整改后電解電容高度測(cè)試基本達(dá)到要求，經(jīng)過(guò)對(duì)電解電容新制品評(píng)估，整改后制品入膠深度符合要求(如圖7 電容成品X光透視檢測(cè))，達(dá)到整改目標(biāo)水平。

產(chǎn)品控制高度與入膠深度直接相關(guān)，X 廠家目前控制標(biāo)準(zhǔn)為入膠深度≥0.3mm，為加嚴(yán)內(nèi)控的標(biāo)準(zhǔn)。

圖7  電容成品X光透視檢測(cè)

5   電解電容失效整改總結(jié)及意義

本次通過(guò)產(chǎn)品使用過(guò)程中的問(wèn)題反饋器件結(jié)構(gòu)異常，以及調(diào)整器生產(chǎn)工藝，對(duì)廠家生產(chǎn)工藝反饋增加設(shè)備二道防火墻，完善過(guò)程控制計(jì)劃，從而有效改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]  葉懷民. 電解電容器在電子電路中常見(jiàn)的故障及對(duì)策 [J].科技信息.2011-10-05

[2]  黃兆軍. 電解電容加速壽命試驗(yàn)的研究與應(yīng)用探討[J].日用電器. 2013-08-25   

[3]  周慧德. 開(kāi)關(guān)電源中鋁電解電容可靠性的研究.哈爾濱工業(yè)大學(xué). 2010-06-01

[4]  胡向峰. 電解電容紋波的傅立葉分析和計(jì)算[J].科技信息. 2012-10-15

李帥（1988.4.7),男，助理工程師，研究方向：變頻空調(diào)高壓電解電容可靠性技術(shù)研究

注：本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2020年10月期