淺析機械應(yīng)力對空調(diào)用電感可靠性的影響

1   電感簡介

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交流信號的隔離、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，線圈的周圍就會產(chǎn)生磁場。當(dāng)線圈中電流發(fā)生變化時，其周圍的磁場也會相應(yīng)的變化，此變化的磁場可以使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，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。

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，但受力方向為由外至內(nèi)，與故障異常不符。

4.4 噴膠環(huán)節(jié)

對班組過程噴膠機以及涂覆機操作過程情況進行檢查，過設(shè)備時主板存在板邊，且均為整拼主板(1 拼2 塊)進行操作，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，動作為電器盒蓋從電器盒有鈑金防護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，一個是主板分板操作，一個是主板裝配到電器盒內(nèi)時存在擠壓電感導(dǎo)致電感引腳受力隱患。

5   跌落試驗驗證

5.1 單體跌落試驗

試驗環(huán)境：室溫、水泥地面。

樣品：A、B 兩個廠家各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

試驗環(huán)境：室溫、水泥地面。

樣品：主板5 pcs（個）。

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。

主板跌落試驗結(jié)果：在1.0 m 的高度跌落后會出現(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 整機跌落試驗一

樣品：多聯(lián)內(nèi)機機組3 臺，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。

整機跌落試驗結(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)跌落就會出現(xiàn)引腳嚴(yán)重脫離骨架，引線緊繃?yán)瓟鄦栴}。

具體試驗情況內(nèi)容如下。

1）對3 臺多聯(lián)內(nèi)機嚴(yán)格按照跌落試驗要求的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機組主板L5 電感進行查看，有1 臺機組出現(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）對其中1 臺第一次跌落無異常的機組進行第二次跌落試驗，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）對第一次跌落試驗中引腳輕微脫出本體骨架的機組，進行第一次非常規(guī)跌落試驗，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）對第一次非常規(guī)跌落機組再進行第二次非常規(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 整機跌落試驗二

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。

整機跌落試驗結(jié)論：電感未打膠及邊角打膠整機跌落試驗后出現(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)電感整機跌落無異常，未出現(xiàn)引腳脫出骨架情況。

具體試驗情況內(nèi)容如下。

1）對電感未做打膠處理的主板裝整機進行跌落試驗，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）對電感邊角打膠的主板裝整機進行跌落試驗，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）對主板上電感側(cè)面打膠后裝整機進行跌落試驗，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）對主板裝入電器盒后進行電感側(cè)面打膠再裝整機進行跌落試驗，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）對電感“L 型”新結(jié)構(gòu)的主板裝整機進行跌落試驗， 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)：通過對電感單體跌落試驗、主板跌落試驗、整機跌落試驗驗證，判定故障電感受力起翹破損問題，主要原因為物流周轉(zhuǎn)運輸、售后周轉(zhuǎn)不當(dāng)導(dǎo)致。通過對電感側(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行規(guī)范和培訓(xùn)，避免抓取和擠壓電感進行操作導(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電感側(cè)邊位置進行打膠操作固定。

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)，同時將引腳形狀更改成L 形。

參考文獻：

[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,2002(7):13-15.

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年9月期）