控制器常見(jiàn)設計問(wèn)題及對策

 （珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

引言

伴隨著(zhù)萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代的迫近，越來(lái)越多的智能家電產(chǎn)品活躍在各個(gè)家電企業(yè)的試制車(chē)間，面對著(zhù)全新的產(chǎn)品，從圖紙上無(wú)法發(fā)現的問(wèn)題全部暴露在車(chē)間生產(chǎn)線(xiàn)上，需要有人提出對策及時(shí)整改，由于試制車(chē)間的局限性，有些隱蔽問(wèn)題在批量生產(chǎn)時(shí)才可能暴露出來(lái)，這時(shí)我們需要有可參考的案例來(lái)避免重大質(zhì)量事故發(fā)生。本文根據某企業(yè)試制車(chē)間出現過(guò)的設計問(wèn)題案例，總結出常見(jiàn)問(wèn)題以及對策。

1、電氣安全類(lèi)：

產(chǎn)品的設計和結構必須能夠保證在正常情況下它們能正常工作，而且對使用者和周?chē)h(huán)境不產(chǎn)生潛在或真實(shí)的危害。即使在人們使用不小心的情況下，也不能有危險發(fā)生^【1】 。通?？刂破鳟a(chǎn)品中涉及到電氣安全的常見(jiàn)問(wèn)題主要有元器件燒毀，連接器松脫（甚至引起打火），金屬外殼漏電流過(guò)大三類(lèi)。引起的原因多種多樣，下文中列舉了常見(jiàn)的問(wèn)題已經(jīng)一些排查手段和解決方案。

1.1 元器件燒毀——二極管

SMT（表面組裝技術(shù)）已經(jīng)成為了電子制造行業(yè)的標配^【2】，SMT車(chē)間根據設計圖紙將PCB上需要貼裝的元器件進(jìn)行固化貼裝，但是新產(chǎn)品往往在設計研發(fā)階段由于人為的失誤，將一些有極性的關(guān)鍵元器件在制作PCB圖紙時(shí)方向畫(huà)反，導致后工序貼反出現損傷電路或者燒毀元器件的問(wèn)題，圖1為某企業(yè)新空調產(chǎn)品試裝測試過(guò)程中出現IC元器件直接炸開(kāi)的案例，后排查核實(shí)為旁邊的的D3而二極管貼反導致IC第八腳直接接地短路，局部電路如圖2。

圖1 元器件燒毀

圖2 局部電路

1.2 元器件燒毀——鉭電容：

在生產(chǎn)12寸觸摸屏的時(shí)候，車(chē)間測試環(huán)節多次出現鉭電容燒毀的下線(xiàn)案例:某編碼電器盒8臺測試出現炸板，訂單生產(chǎn)共20臺，不良比例40%，經(jīng)分析為設計未按標準要求降額30%使用，此批次鉭電容物料疵點(diǎn)一致性的差異，疵點(diǎn)較薄的樣品在未降額使用的電路中，上電瞬間電流增大出現燒壞的現象^【3】，涉及整機需封存返包處理。這單問(wèn)題就屬于設計選型沒(méi)有充分考慮到電路元器件降額需求，導致產(chǎn)線(xiàn)批量生產(chǎn)時(shí)出現問(wèn)題。

圖3 鉭電容失效

1.3 元器件燒毀——立式電阻

某控制器廠(chǎng)生產(chǎn)一款變頻外機空調時(shí)，在進(jìn)行強電功能測試時(shí)突然間有個(gè)立式電阻位置打火燒毀，電阻本體并沒(méi)有嚴重破壞，但是引線(xiàn)已經(jīng)熔斷，周?chē)刂破髟骷家呀?jīng)被燒黑。排查往年下線(xiàn)數據，同類(lèi)異常也有多次出現?，F場(chǎng)發(fā)現引起打火的主要因素是立插電阻傾倒后直接與220 V的火線(xiàn)端子接觸，導致電阻燒毀。此類(lèi)問(wèn)題在設計時(shí)需要考慮到立插電阻兩個(gè)引腳在不同方向的強度，雙引腳支撐的情況下，電阻本體非常容易向著(zhù)兩個(gè)引腳形成的平面法線(xiàn)方向歪倒，所以要盡量避免立插電阻兩個(gè)引腳平面的法向上有強電元器件，尤其是銅插片，保險管等金屬外漏的器件。

圖4 立插電阻燒毀

1.4 各類(lèi)連接器松問(wèn)題

這里說(shuō)的連接器主要涉及PCB類(lèi)連接器，由設計問(wèn)題導致的連接器打火類(lèi)案例較為少見(jiàn)，最主要還是從預防打火的角度進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量、安全控制。某款智能產(chǎn)品試制過(guò)程中，顯示屏經(jīng)常出現花屏的問(wèn)題，拆開(kāi)屏幕檢查，沒(méi)有發(fā)現任何問(wèn)題，重新組裝復測故障消失，且很難復現。對比與競品之間的差別，發(fā)現原來(lái)是液晶排線(xiàn)松脫，因為排線(xiàn)沒(méi)有防松脫設計，導致生產(chǎn)和使用過(guò)程中都會(huì )呈現不穩定性。此類(lèi)隱患在設計階段就要識別，目前常用的防松脫端子主要有以下幾種結構設計。

表1——常用連接器

序號	類(lèi)型	圖片
1	銅插片類(lèi)：插簧上帶有鎖舌 (基本已經(jīng)普及)
2	IC類(lèi)針座排線(xiàn)：排線(xiàn)要帶耳朵，可以卡在 針槽內
3	板間連接類(lèi)：插頭要帶保持器

1.5 漏電問(wèn)題

生產(chǎn)中最常見(jiàn)的漏電問(wèn)題主要集中在兩個(gè)方面，一個(gè)是線(xiàn)路接地不完全，一個(gè)是絕緣防護不到位。線(xiàn)路接地不完整的情況在設計初期排查線(xiàn)路圖紙過(guò)程中就可以發(fā)現，幾乎不會(huì )流到產(chǎn)線(xiàn)。產(chǎn)線(xiàn)發(fā)現最多的是絕緣防護不到位的情況。在一次新品試制過(guò)程中，電器盒功能測試發(fā)現所有的產(chǎn)品都報漏電流過(guò)大，將故障品拆開(kāi)排查，發(fā)現矽膠片選型尺寸過(guò)小，導致晶體管的金屬部分直接接觸到散熱器表面，造成漏電，屬于設計選型問(wèn)題。同樣在批量產(chǎn)線(xiàn)還暴露其他漏電類(lèi)問(wèn)題，供讀者排查異常時(shí)參考。

2   結構類(lèi)

結構類(lèi)異常主要表現在兩個(gè)方面。第一類(lèi)實(shí)際尺寸超過(guò)設計要求尺寸，即產(chǎn)生過(guò)盈配合，導致結構件與結構件之間、結構件與PCB、結構件與元器件之間造成干涉，進(jìn)而影響裝配或者導致元件損傷；第二類(lèi)就是配合間隙過(guò)大，導致裝配無(wú)法緊密結合或者裝配后元件的應力嚴重超標，這里最常見(jiàn)的就是功率模塊與散熱器之間的配合，如無(wú)法緊密貼合就會(huì )造成模塊無(wú)法有效散熱，導致炸板的嚴重電氣安全事故，如強制使用大力矩將其鎖緊裝配，則IPM應力過(guò)大，主板嚴重變形，同樣造成控制器壽命變短甚至出現不可預估的其他問(wèn)題。

2.1 針座固定柱尺寸過(guò)長(cháng)干涉IC芯片

在試制車(chē)間生產(chǎn)新開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的手操器，測試時(shí)發(fā)現液晶屏幕的右下角按壓時(shí)會(huì )出現像水波紋一樣的波動(dòng)情況，如圖2.1.通常情況下液晶波動(dòng)是因為高溫受熱導致液晶液化，出現波動(dòng)；再者就是出現受力的情況，導致在受力點(diǎn)位置出現水紋異常。經(jīng)核實(shí)設計三維，未發(fā)現有干涉情況，將實(shí)物拆解發(fā)現，有一個(gè)針座的定位柱尺寸過(guò)長(cháng)，在實(shí)際裝配過(guò)程中由于要打螺釘導致干涉到液晶的背面，當人操作時(shí)液晶正面受力，出現水紋的異常。如圖5～7所示。

圖5 液晶水波紋

圖6 IC被干涉

圖7 針座柱過(guò)長(cháng)

2.2散熱器與IPM間隙過(guò)大

這種問(wèn)題一般都會(huì )發(fā)生在首次設計生產(chǎn)的電器盒上，生產(chǎn)控制器時(shí)部分控制器要安裝電器盒，以固定散熱器，散熱器是為了使功率較大的器件盡快達到散熱效果，避免因溫度過(guò)高引起模塊燒毀問(wèn)題。在某款空調新產(chǎn)品電器盒組裝時(shí)，將散熱器固定好之后，在打模塊螺釘的時(shí)候發(fā)現明顯的主板變形下沉，測試模塊應力應變最大峰值達到了5000，屬于嚴重設計缺陷。最后核實(shí)是因為新開(kāi)發(fā)產(chǎn)品為了保證電器盒的防水密封性，在散熱器和電器盒之間加了一層橡膠墊，這個(gè)橡膠墊的厚度達到了5 mm，加大了IPM表面到散熱器表面的距離。

2.3干涉類(lèi)排查方案

干涉類(lèi)問(wèn)題最好的排查方法就是使用橫切面或者縱切面，在可能干涉的地方進(jìn)行剖面分析。但是此類(lèi)破壞性方案不適用成本較昂貴的產(chǎn)品。前文所提及的兩類(lèi)干涉問(wèn)題，像尺寸過(guò)盈配合干涉的問(wèn)題通?？墒褂妙伾?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/標記法">標記法，針對控制器排查，不可使用有腐蝕性的墨水，最好建議使用產(chǎn)線(xiàn)常用散熱膏，將我們懷疑的干涉位置涂抹散熱膏，之后進(jìn)行全工序裝配，再次拆機檢查時(shí)就可以發(fā)現，根據其他位置是否有粘到標記的顏色判斷是否產(chǎn)生干涉。此類(lèi)方法的優(yōu)點(diǎn)是不用破壞產(chǎn)品本身，使用后可以輕松擦除，不會(huì )對產(chǎn)品本身造成任何外觀(guān)的影響，是最適合排查過(guò)盈配合干涉的問(wèn)題的有效方法之一。

間隙配合導致結構件之間余量過(guò)大的問(wèn)題，可以使用對比測量法。先根據圖紙計算裝配好的整體尺寸（直接查看三維圖即可），再根據實(shí)際測量計算，計算過(guò)程要考慮到累計誤差，所以計算的結果應該是包含一個(gè)上極限值和下極限值的范圍。如果歸于復雜的結構，且不清楚內部裝配零部件的情況下，可以考慮切割產(chǎn)品，使用直觀(guān)的剖面測量。干涉問(wèn)題還有其他種類(lèi)型和方式，這里將常見(jiàn)的問(wèn)題和對策羅列出來(lái)，如表2所示，供讀者參考。

表2——常見(jiàn)干涉類(lèi)型

3小結

新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設計是整個(gè)項目的重點(diǎn)和開(kāi)端，良好的開(kāi)端是成功的一半。但是萬(wàn)事開(kāi)頭難，控制器設計問(wèn)題多如牛毛，能夠在評審試制階段提前發(fā)現各類(lèi)常見(jiàn)的低級問(wèn)題將大大節約生產(chǎn)研發(fā)的成本，有利于公司長(cháng)遠發(fā)展。本文從控制器主板電氣安全問(wèn)題和電器盒結構干涉問(wèn)題歸納總結了新品控制器在開(kāi)發(fā)階段常常會(huì )掉入的誤區以及預防和排查的方案措施，能夠幫助讀者未雨綢繆，縮短控制器新品開(kāi)發(fā)評審周期。

參考文獻

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[3]王爍.鉭電容失效模式及分析[J].科技風(fēng).2018（2）:108-109

作者簡(jiǎn)介：

劉彥強（1994-），男，本科，檢測技術(shù)研究，質(zhì)量工程師，主要從事家用電器安規檢測工作

王大波（1986-），男，本科，失效分析，助理工程師，主要從事家用電器安規檢測工作

施清清（1982-），男，本科，空調可靠性研究，中級工程師，主要從事家用電器安規檢測工作

（注：本文刊登于《電子產(chǎn)品世界》雜志2020年11期）