淺析機械應力對空調用電感可靠性的影響

1   電感簡(jiǎn)介

電感是用絕緣導線(xiàn)（如漆包線(xiàn)、紗包線(xiàn)）繞在絕緣骨架或者磁芯、鐵芯上的一組串聯(lián)同軸線(xiàn)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。當線(xiàn)圈中有電流通過(guò)時(shí)，線(xiàn)圈的周?chē)蜁?huì )產(chǎn)生磁場(chǎng)。當線(xiàn)圈中電流發(fā)生變化時(shí)，其周?chē)拇艌?chǎng)也會(huì )相應的變化，此變化的磁場(chǎng)可以使線(xiàn)圈產(chǎn)生感應電動(dòng)勢，具體結構如下圖：

圖1 電感結構圖

2   技術(shù)背景

空調用控制器發(fā)現多聯(lián)內機主板電感受力破損問(wèn)題突出，主板不通電、顯示板不顯示問(wèn)題，故障件均表現為L(cháng)5 電感引腳受力起翹，電感線(xiàn)圈斷開(kāi)導致。生產(chǎn)班組不集中，物料廠(chǎng)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致引線(xiàn)受力崩斷，主板更換L5 電感后可正常工作，從故障品外觀(guān)可以看出電感失效為應力失效導致。

圖2 引腳從骨架中脫出(左)、引線(xiàn)受力崩斷(右)

4   生產(chǎn)過(guò)程機械應力排查

4.1 配送環(huán)節

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

4.2 波峰焊環(huán)節

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

4.3 產(chǎn)線(xiàn)周轉

產(chǎn)線(xiàn)周轉：過(guò)程排查班組波峰焊后補焊崗位以及爐后AOI 崗位存在周轉情況，且器件面朝下放置過(guò)程存在受力隱患，但受力方向為由外至內，與故障異常不符。

4.4 噴膠環(huán)節

對班組過(guò)程噴膠機以及涂覆機操作過(guò)程情況進(jìn)行檢查，過(guò)設備時(shí)主板存在板邊，且均為整拼主板(1 拼2 塊)進(jìn)行操作，過(guò)程未發(fā)現異常。

4.5 分板環(huán)節

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

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(chē)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(chē)底部，與故障方向不一致，過(guò)程隱患較小。

4.7 總裝環(huán)節

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邊一端套入后打螺釘，未發(fā)現與主板電感干涉隱患的應力。

小結：廠(chǎng)內生產(chǎn)過(guò)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時(shí)存在擠壓電感導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(gè)廠(chǎng)家各5 單。

跌落高度：0.5 m、0.8 m（流水線(xiàn)高度）、1.0 m（流水線(xiàn)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(guān)察樣品本體情況。

單體跌落試驗結果：A 廠(chǎng)家與B 廠(chǎng)家物料均受不住0.8 m 的高度，出現引腳骨架斷的現象，且在1.0 m 的高度跌落后會(huì )出現引腳骨架脫落將線(xiàn)扯斷的情況，具體結果詳見(jiàn)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(gè)）。

跌落高度：0.5 m、0.8 m（流水線(xiàn)高度）、1.0 m（流水線(xiàn)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）、側面跌落（L5 電感在下方）。

判定條件：觀(guān)察樣品本體情況。

主板跌落試驗結果：在1.0 m 的高度跌落后會(huì )出現引腳骨架脫落將線(xiàn)扯斷的情況，具體結果詳見(jiàn)表3。

5.3 整機跌落試驗一

樣品：多聯(lián)內機機組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）非常規跌落1 米高度，底面朝下跌落3 次。

整機跌落試驗結論：電感未做打膠處理，跌落第一次就出現引腳脫出骨架本體問(wèn)題，繼續開(kāi)展非常規跌落就會(huì )出現引腳嚴重脫離骨架，引線(xiàn)緊繃拉斷問(wèn)題。

具體試驗情況內容如下。

1）對3 臺多聯(lián)內機嚴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(jìn)行查看，有1 臺機組出現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(wú)異常的機組進(jìn)行第二次跌落試驗，拆開(kāi)發(fā)現L5 電感引腳已出現輕微脫出本體骨架的情況，電感引線(xiàn)未發(fā)現斷裂情況。

圖4 引腳已從骨架脫出，引線(xiàn)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(jìn)行第一次非常規跌落試驗，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(xiàn)未發(fā)現斷裂情況。

圖5 引腳已從骨架脫出，引線(xiàn)未斷

4）對第一次非常規跌落機組再進(jìn)行第二次非常規跌落，電感本體已嚴重脫離PCB 板面，電感明顯起翹，引腳脫出骨架約3 mm 左右，引線(xiàn)緊繃即將斷開(kāi)。

圖6 引腳已從骨架脫出，引線(xiàn)即將斷開(kāi)

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(chǎng)家新結構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。

整機跌落試驗結論：電感未打膠及邊角打膠整機跌落試驗后出現引腳脫出本體骨架問(wèn)題，主板電器盒電感側面打膠固定及L 型新結構電感整機跌落無(wú)異常，未出現引腳脫出骨架情況。

具體試驗情況內容如下。

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

圖7 引腳已從骨架脫出，引線(xiàn)未斷開(kāi)

2）對電感邊角打膠的主板裝整機進(jìn)行跌落試驗，高度600 mm，1 角3 棱6 面跌落10 次，引腳出現輕微脫出本體骨架現象。

圖8 引腳從骨架輕微脫出

3）對主板上電感側面打膠后裝整機進(jìn)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(wú)異常。

圖9 引腳未脫出

4）對主板裝入電器盒后進(jìn)行電感側面打膠再裝整機進(jìn)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(wú)異常。

圖10 引腳未脫出

5）對電感“L 型”新結構的主板裝整機進(jìn)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(wú)異常。

圖11 引腳未脫出

小結：通過(guò)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(wèn)題，主要原因為物流周轉運輸、售后周轉不當導致。通過(guò)對電感側邊增加打膠固定或電感引腳結構優(yōu)化為L(cháng) 型結構，可以有效避免周轉運輸過(guò)程中導致的電感破損問(wèn)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(xiàn)分板操作崗位及預裝裝配主板崗位員工操作手法進(jìn)行規范和培訓，避免抓取和擠壓電感進(jìn)行操作導致電感受力。

6.2 打膠固定

由于在電感引腳側邊執行打膠固定，主板線(xiàn)執行打膠操作過(guò)程容易導致熱熔膠流出板面與注塑件產(chǎn)生干涉，建議在預裝裝配完主板后再對電感側邊位置進(jìn)行打膠操作固定。

6.3 結構優(yōu)化

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

參考文獻：

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

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年9月期）