淺析機(jī)械應(yīng)力對(duì)空調(diào)用電感可靠性的影響

1   電感簡(jiǎn)介

電感是用絕緣導(dǎo)線（如漆包線、紗包線）繞在絕緣骨架或者磁芯、鐵芯上的一組串聯(lián)同軸線匝，是電子電路中常用的元器件之一。電感的主要作用是對(duì)交流信號(hào)的隔離、濾波或者與電容器、電阻組成諧振電路。當(dāng)線圈中有電流通過時(shí)，線圈的周圍就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。當(dāng)線圈中電流發(fā)生變化時(shí)，其周圍的磁場(chǎng)也會(huì)相應(yīng)的變化，此變化的磁場(chǎng)可以使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，具體結(jié)構(gòu)如下圖：

圖1 電感結(jié)構(gòu)圖

2   技術(shù)背景

空調(diào)用控制器發(fā)現(xiàn)多聯(lián)內(nèi)機(jī)主板電感受力破損問題突出，主板不通電、顯示板不顯示問題，故障件均表現(xiàn)為L5 電感引腳受力起翹，電感線圈斷開導(dǎo)致。生產(chǎn)班組不集中，物料廠家批次不集中。

3   失效分析

3.1 故障主板失效分析

故障主板上僅電感失效，L5 電感引腳脫出骨架從而導(dǎo)致引線受力崩斷，主板更換L5 電感后可正常工作，從故障品外觀可以看出電感失效為應(yīng)力失效導(dǎo)致。

圖2 引腳從骨架中脫出(左)、引線受力崩斷(右)

4   生產(chǎn)過程機(jī)械應(yīng)力排查

4.1 配送環(huán)節(jié)

廠家以及蜘蛛班配送均為鈣素盒整盒包裝來料，檢查手插段插裝此物料崗位物料放置在物料盒內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)異常隱患點(diǎn)。

4.2 波峰焊環(huán)節(jié)

查看波峰焊出板口，主板出板方式為電感朝外側(cè)出板，與故障件受力方向不一致，排除波峰焊出板口卡板導(dǎo)致。

4.3 產(chǎn)線周轉(zhuǎn)

產(chǎn)線周轉(zhuǎn)：過程排查班組波峰焊后補(bǔ)焊崗位以及爐后AOI 崗位存在周轉(zhuǎn)情況，且器件面朝下放置過程存在受力隱患，但受力方向?yàn)橛赏庵羶?nèi)，與故障異常不符。

4.4 噴膠環(huán)節(jié)

對(duì)班組過程噴膠機(jī)以及涂覆機(jī)操作過程情況進(jìn)行檢查，過設(shè)備時(shí)主板存在板邊，且均為整拼主板(1 拼2 塊)進(jìn)行操作，過程未發(fā)現(xiàn)異常。

4.5 分板環(huán)節(jié)

班組分板邊崗位在功能測(cè)試后，查看班組分板邊操作，存在手拿取故障電感位置朝外側(cè)分板進(jìn)行操作的情況，器件存在受力隱患。

4.6 打包環(huán)節(jié)

查看打包崗位員工存在拿取故障電感位置進(jìn)行打包裝車的情況，器件存在受力隱患，此種受力為主板重量，模擬不足以導(dǎo)致電感變形，查看主板打包狀態(tài)為故障電感位置朝下，電感接觸工裝車底部，與故障方向不一致，過程隱患較小。

4.7 總裝環(huán)節(jié)

總裝打電器盒蓋工序，動(dòng)作為電器盒蓋從電器盒有鈑金防護(hù)邊一端套入后打螺釘，未發(fā)現(xiàn)與主板電感干涉隱患的應(yīng)力。

小結(jié)：廠內(nèi)生產(chǎn)過程中存在兩處電感受力的隱患點(diǎn)，一個(gè)是主板分板操作，一個(gè)是主板裝配到電器盒內(nèi)時(shí)存在擠壓電感導(dǎo)致電感引腳受力隱患。

5   跌落試驗(yàn)驗(yàn)證

5.1 單體跌落試驗(yàn)

試驗(yàn)環(huán)境：室溫、水泥地面。

樣品：A、B 兩個(gè)廠家各5 單。

跌落高度：0.5 m、0.8 m（流水線高度）、1.0 m（流水線高度）、1.2 m、1.5 m、1.8 m。

受力面：引腳向下。

判定條件：測(cè)試電感量、平衡電感、直流電阻，觀察樣品本體情況。

單體跌落試驗(yàn)結(jié)果：A 廠家與B 廠家物料均受不住0.8 m 的高度，出現(xiàn)引腳骨架斷的現(xiàn)象，且在1.0 m 的高度跌落后會(huì)出現(xiàn)引腳骨架脫落將線扯斷的情況，具體結(jié)果詳見表1 和表2。

5.2 主板跌落試驗(yàn)

試驗(yàn)環(huán)境：室溫、水泥地面。

樣品：主板5 pcs（個(gè)）。

跌落高度：0.5 m、0.8 m（流水線高度）、1.0 m（流水線高度）、1.2 m、1.5 m、1.8 m。

受力面：正面跌落（元器件在板上方）、反面跌落（元器件在板下方）、側(cè)面跌落（L5 電感在下方）。

判定條件：觀察樣品本體情況。

主板跌落試驗(yàn)結(jié)果：在1.0 m 的高度跌落后會(huì)出現(xiàn)引腳骨架脫落將線扯斷的情況，具體結(jié)果詳見表3。

5.3 整機(jī)跌落試驗(yàn)一

樣品：多聯(lián)內(nèi)機(jī)機(jī)組3 臺(tái)，電感未做打膠處理。

跌落方案：1）底面600，其余面450，棱300，角300，1 角2 棱5 面共8 次；

2）非常規(guī)跌落1 米高度，底面朝下跌落3 次。

整機(jī)跌落試驗(yàn)結(jié)論：電感未做打膠處理，跌落第一次就出現(xiàn)引腳脫出骨架本體問題，繼續(xù)開展非常規(guī)跌落就會(huì)出現(xiàn)引腳嚴(yán)重脫離骨架，引線緊繃?yán)瓟鄦栴}。

具體試驗(yàn)情況內(nèi)容如下。

1）對(duì)3 臺(tái)多聯(lián)內(nèi)機(jī)嚴(yán)格按照跌落試驗(yàn)要求的1 角2棱5 面（不跌頂面）共8 次跌落方式，第一次跌落完畢后對(duì)機(jī)組主板L5 電感進(jìn)行查看，有1 臺(tái)機(jī)組出現(xiàn)引腳輕微脫離本體骨架的情況。

圖3 引腳已從骨架脫出

2）對(duì)其中1 臺(tái)第一次跌落無異常的機(jī)組進(jìn)行第二次跌落試驗(yàn)，拆開發(fā)現(xiàn)L5 電感引腳已出現(xiàn)輕微脫出本體骨架的情況，電感引線未發(fā)現(xiàn)斷裂情況。

圖4 引腳已從骨架脫出，引線未斷

3）對(duì)第一次跌落試驗(yàn)中引腳輕微脫出本體骨架的機(jī)組，進(jìn)行第一次非常規(guī)跌落試驗(yàn)，高度1 米底面朝下平跌3 次，查看L5 電感已起翹脫離PCB 板面，引腳與骨架脫出約1 mm 左右，電感引線未發(fā)現(xiàn)斷裂情況。

圖5 引腳已從骨架脫出，引線未斷

4）對(duì)第一次非常規(guī)跌落機(jī)組再進(jìn)行第二次非常規(guī)跌落，電感本體已嚴(yán)重脫離PCB 板面，電感明顯起翹，引腳脫出骨架約3 mm 左右，引線緊繃即將斷開。

圖6 引腳已從骨架脫出，引線即將斷開

5.4 整機(jī)跌落試驗(yàn)二

樣品：未打膠電感主板、主板電感打膠、電器盒電感打膠、雅瑪西廠家新結(jié)構(gòu)L 型電感主板

跌落方案：1 角3 棱6 面跌落10 次。

跌落高度（單位：mm）：600、800、1000。

整機(jī)跌落試驗(yàn)結(jié)論：電感未打膠及邊角打膠整機(jī)跌落試驗(yàn)后出現(xiàn)引腳脫出本體骨架問題，主板電器盒電感側(cè)面打膠固定及L 型新結(jié)構(gòu)電感整機(jī)跌落無異常，未出現(xiàn)引腳脫出骨架情況。

具體試驗(yàn)情況內(nèi)容如下。

1）對(duì)電感未做打膠處理的主板裝整機(jī)進(jìn)行跌落試驗(yàn)，高度600 mm，1 角3 棱6 面跌落10 次，引腳出現(xiàn)輕微脫出本體骨架現(xiàn)象。

圖7 引腳已從骨架脫出，引線未斷開

2）對(duì)電感邊角打膠的主板裝整機(jī)進(jìn)行跌落試驗(yàn)，高度600 mm，1 角3 棱6 面跌落10 次，引腳出現(xiàn)輕微脫出本體骨架現(xiàn)象。

圖8 引腳從骨架輕微脫出

3）對(duì)主板上電感側(cè)面打膠后裝整機(jī)進(jìn)行跌落試驗(yàn)，高度600 mm、800 mm、1 000 mm，1 角3 棱6 面跌落10 次，無異常。

圖9 引腳未脫出

4）對(duì)主板裝入電器盒后進(jìn)行電感側(cè)面打膠再裝整機(jī)進(jìn)行跌落試驗(yàn)，高度600 mm、800 mm、1 000 mm，1 角3 棱6 面跌落10 次，無異常。

圖10 引腳未脫出

5）對(duì)電感“L 型”新結(jié)構(gòu)的主板裝整機(jī)進(jìn)行跌落試驗(yàn)， 高度600 mm、800 mm、1 000 mm，1 角3 棱6面跌落10 次，無異常。

圖11 引腳未脫出

小結(jié)：通過對(duì)電感單體跌落試驗(yàn)、主板跌落試驗(yàn)、整機(jī)跌落試驗(yàn)驗(yàn)證，判定故障電感受力起翹破損問題，主要原因?yàn)槲锪髦苻D(zhuǎn)運(yùn)輸、售后周轉(zhuǎn)不當(dāng)導(dǎo)致。通過對(duì)電感側(cè)邊增加打膠固定或電感引腳結(jié)構(gòu)優(yōu)化為L 型結(jié)構(gòu)，可以有效避免周轉(zhuǎn)運(yùn)輸過程中導(dǎo)致的電感破損問題產(chǎn)生。

6   電感可靠性提升方案

6.1 操作方式整改

組織對(duì)主板線分板操作崗位及預(yù)裝裝配主板崗位員工操作手法進(jìn)行規(guī)范和培訓(xùn)，避免抓取和擠壓電感進(jìn)行操作導(dǎo)致電感受力。

6.2 打膠固定

由于在電感引腳側(cè)邊執(zhí)行打膠固定，主板線執(zhí)行打膠操作過程容易導(dǎo)致熱熔膠流出板面與注塑件產(chǎn)生干涉，建議在預(yù)裝裝配完主板后再對(duì)電感側(cè)邊位置進(jìn)行打膠操作固定。

6.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

提升引腳與骨架的結(jié)合力的整改，更改骨架材質(zhì)，同時(shí)將引腳形狀更改成L 形。

參考文獻(xiàn)：

[1] 霍秀平.關(guān)于電路系統(tǒng)與力學(xué)系統(tǒng)某些相似性的探討[J].物理通報(bào),2002(7):13-15.

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年9月期）