電感類物料繞線焊接工藝研究與應(yīng)用

李俊 張成成 崔斌

（格力電器（合肥）有限公司 安徽合肥 230600）

電感類物料繞線焊接工藝研究與應(yīng)用

李俊 張成成 崔斌

（格力電器（合肥）有限公司 安徽合肥 230600）

空調(diào)內(nèi)外機在過程以及售后實際使用中頻繁出現(xiàn)電感類元器件出現(xiàn)線圈斷問題，導致空調(diào)使用壽命變短，一直是困擾著空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)以及電感類器件生產(chǎn)廠家的難題，嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量，該問題長期存在沒有得到有效解決方案。本文從電感類元器件失效機理、器件內(nèi)部構(gòu)造、器件應(yīng)用環(huán)境、器件生產(chǎn)工藝等方面進行全面分析。通過器件失效機理、器件環(huán)境應(yīng)力模擬分析等對電感類器件全方位分析論斷，分析結(jié)果表明：電感類器件在生產(chǎn)過程中由于繞線過緊、焊接溫度過高、焊接時間過長、人工焊接手法不規(guī)范等原因難以在實際應(yīng)用環(huán)境中以較高的可靠性工作，最終在過程使用以及售后使用過程中出現(xiàn)線圈斷失效。電感類元器件失效實際與器件本身生產(chǎn)工藝設(shè)計陷存在較大關(guān)聯(lián)；從器件本身應(yīng)用環(huán)境、器件可靠性設(shè)計評估、器件應(yīng)用環(huán)境標準、器件生產(chǎn)工藝全面論證分析整改，從器件本身質(zhì)量提升著手，進行全面、系統(tǒng)化提升器件質(zhì)量。

空調(diào)；電感類器件；線圈斷；環(huán)境應(yīng)力

圖1 電感類器件失效原因

圖2 漆包線焊接導致變細、拉斷

變頻空調(diào)是時代發(fā)展趨勢，空調(diào)除了具有基本的制冷、制熱功能外，節(jié)能環(huán)保也是新時代發(fā)展要求。變頻空調(diào)核心控制部分控制器，由多電路模塊組成，在實現(xiàn)變頻技術(shù)控制部分各電感類器件是不可缺少，對供電電源資源質(zhì)量要求很高，其在智能控制中占有重要地位，電感類器件可靠性低，實際應(yīng)用出現(xiàn)線斷失效在各行業(yè)也是非常多，目前很難有效解決。為了從根本上分析導致電感類器件線斷失效原因，本文從電感類器件失效機理、失效因素、器件應(yīng)用環(huán)境、器件生產(chǎn)工藝等方面進行分析，其整改方案思路可以為其他元器件失效分析整改提供借鑒、參考意義。

1 事件背景

空調(diào)內(nèi)外機使用的各個廠家電感類元器件在使用過程以及售后實際工作中可靠性表現(xiàn)并不是很好，線圈斷現(xiàn)象頻繁發(fā)生，嚴重影響空調(diào)使用壽命，具體電感類元器件線圈斷是何種原因?qū)е拢恢焙茈y界定，問題急需進行攻克解決。

圖3 漆包線割傷

圖4 松線工藝圖示

2 電感類元器件失效原因及失效機理分析

失效電感類器件檢測線圈出現(xiàn)開路、漆包線變細等現(xiàn)象。查看失效器件均出現(xiàn)線圈斷線和PIN腳焊接處熱應(yīng)力拉斷漆包線現(xiàn)象，經(jīng)過對多單失效品分析確定電感類器件是由于繞線過緊、手工焊錫時間過長，由于熱應(yīng)力原因?qū)е乱_處線圈出現(xiàn)變細、拉斷。

2.1 導致電感類器件失效相關(guān)因素分析

環(huán)境應(yīng)力失效：表現(xiàn)為產(chǎn)品繞線過緊或者焊接時間過長，焊接過程中線圈由于熱脹冷縮，導致線圈繃緊拉斷或者在后期使用過程中線圈拉斷，如圖1所示。其中：

A：運輸過程中受力：如果元器件繞線、焊接成型之后在后期運輸過程中振動導致線圈受損。

B：修腳過程中割斷：電感類元器件在制作成型之后，如果引腳存在錫渣等異物需要用刀片等修腳，如果操作不慎，會導致割傷甚至割斷線圈。

C：繞線過緊：電感類元器件在制作過程中，首先需要進行繞線，如果引腳上繞線過緊，導致在引腳焊錫過程中，或著在后期使用焊接時，受到熱應(yīng)力導致熱脹冷縮導致線圈崩斷。

D：焊接溫度過高：如果在電感類器件制

作過程中，引腳焊接時錫爐溫度過高，導致漆包線出現(xiàn)咬線現(xiàn)象，使漆包線變細，最終拉斷。

E：焊接時間過長：如果在電感類器件制作過程中，引腳焊接時間過長，漆包線過于受熱，導致漆包線出現(xiàn)咬線現(xiàn)象，使漆包線變細，最終拉斷。

經(jīng)過對售后以及過程失效品分析、電感類元器件生產(chǎn)工藝、元器件部件選型對器件進行可靠性實驗評估等最終確定導致電感類元器件售后以及過程失效的主要原因為環(huán)境應(yīng)力（線圈過緊、熱應(yīng)力）導致。

經(jīng)過對電感類元器件失效導致因素進行分析歸類總結(jié)，大致有異常幾個方面導致，繞線過緊、焊接溫度過高、焊接時間過長、焊接手法不規(guī)范等。售后以及電感類元器件失效到底是什么原因?qū)е率?，我們對導致異常因素逐一驗證分析。

2.2 驗證方案

針對過程以及售后表現(xiàn)出的失效現(xiàn)象，現(xiàn)確定以下幾個驗證方案：（1）線圈繞線繃緊；（2）焊接溫度調(diào)高20℃；（3）焊接時間延長；（4）修PIN時刀片割傷。

2.2.1 對比驗證結(jié)果

線圈繞線繃緊、焊接溫度調(diào)高20℃、焊接時間延長驗證結(jié)果與售后現(xiàn)象一致，漆包線變細直至拉斷，斷口圓滑，如圖2所示。使用刀片修腳割傷，斷口整齊，如圖3所示。

2.2.2 分析小結(jié)

綜上所述，電感類元器件失效率高的原因為：元件由于本身工藝缺陷或由于漆包線選型耐熱性能、機械性能較差，在后期過程以及售后使用過程中由于環(huán)境應(yīng)力影響出現(xiàn)線圈斷。

圖5 PIN腳剪線示意

圖6 自動焊接示意圖

圖7 焊接成型圖示

圖8 預留松線工藝推行前后年度線圈斷下線數(shù)據(jù)監(jiān)控

3 電感類元器件失效整改措施驗證

（1）重新對漆包線選型，使用耐熱性能、機械性能更加優(yōu)秀的漆包線，減少因環(huán)境應(yīng)力導致電感類元器件漆包線崩斷失效情況。（2）對電感類元器件生產(chǎn)工藝進行研究，調(diào)整其生產(chǎn)工藝，使用預留松線工藝，配合自動焊接，規(guī)范焊接時間以及焊接溫度，保證漆包線在生產(chǎn)過程中不會因環(huán)境應(yīng)力導致失效。部分項目具體實驗分析、評估如下：

3.1 漆包線重新選型

由于各廠家高頻變壓器、濾波器等多次出現(xiàn)

因為綁線過緊導致焊錫時熱脹冷縮將漆包線崩斷的情況，對比研究電感類元器件漆包線選型，查詢業(yè)內(nèi)漆包線主要類型。

從理論上講，任何的漆包線均能實現(xiàn)電能、磁能和動能三者之間的互轉(zhuǎn)。但是，使用漆包線都有加工的過程，而且，電氣產(chǎn)品也有不同的工作環(huán)境，因此，在漆包線的選用以及代用的時候，必須還要考慮各類漆包線的各項特性。表1歸納各類常用漆包線的特性。

通過分析對比，電感類元器件漆包線選型需要具備良好的直焊性、良好的機械性能，目前使用電感類元器件使用漆包線型號為聚胺酯漆包銅線(UEW)滿足此要求：

（1）耐溫等級130℃/155℃/180℃。

（2）特性：

(a)具有良好的直焊性，繞線加工過程中，可免剝皮膜這動作有效提高工作效率。

(b)在高頻下具有良好“Q”值特性。

(c)具有良好之密著性及卷繞性，可避免繞線時的損傷。

(d)對一般含浸凡立水所使用之溶劑及硬化劑具有良好的耐溶劑特性，可填加染料，便利識別。

（3）應(yīng)用范圍：高頻線圈、繼電器、磁化線圈、螺形線圈 、小型馬達、點火線圈。

通過試驗、分析對比：1UEWF（耐壓等級155度）和B級加尼龍差異不大，且成本高很多。1PEW（不可直焊，須剝皮），材料成本和作業(yè)成本高很多，因磁芯較小，焊錫時繞線拐角處易爆皮，且線較小，對比分析確定當前選型滿足要求。

3.2 采用預留松線工藝，配合自動焊接

預留松線工藝，采用在電感類元器件繞線時，現(xiàn)將線圈繞至PIN腳中部，再將線圈壓至PIN根部的操作方式，其中自動焊接方式、焊接角度、焊接時間、焊接溫度都作出明確規(guī)定。確保在焊接過程中漆包線不會因環(huán)境應(yīng)力受損。具體工藝調(diào)整如下：

（1）繞線方式調(diào)整，采用預留松線工藝，如圖4、圖5。

（2）焊接方式調(diào)整，采用自動焊接代替人工焊接，PIN針分邊傾斜浸錫，如圖6。

（3）焊錫成型后產(chǎn)品示意如圖7。

4 整改效果評估及應(yīng)用效果驗證

根據(jù)生產(chǎn)過程以及使用過程數(shù)據(jù)對比監(jiān)控，使用效果良好，具體見表2、圖8。

各生產(chǎn)廠家從5月份推行預留松線工藝，配合自動焊接，根據(jù)年度監(jiān)控數(shù)據(jù)，顯示調(diào)整工藝后使用效果明顯。

5 電感類元器件失效整改總結(jié)及意義

通過產(chǎn)品實際應(yīng)用過程中的問題反饋，調(diào)整器件生產(chǎn)工藝，規(guī)范生產(chǎn)工藝核心參數(shù)，提高控制力度，從而改善產(chǎn)品質(zhì)量。

防止線圈受環(huán)境應(yīng)力影響導致失效，需從電感類元器件本身進行整改，在電感類元器件生產(chǎn)工藝、部件選項入手分析，調(diào)整生產(chǎn)工藝，規(guī)范工藝參數(shù)，且效果明顯。

通過此次整改，器件引入開發(fā)時需對器件單體結(jié)構(gòu)、工作環(huán)境、生產(chǎn)工藝、部件選型等進行詳細有效測試評估，要與實際使用環(huán)境及使用位置進行綜合評估，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，將作業(yè)過程規(guī)范化，可較好的把關(guān)提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高電感類元器件工作可靠性，降低過程及售后失效率。

表1 各類漆包線特性對比

表2 松線工藝使用前后生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)監(jiān)控

[1] 張延純. 漆包線的性能要求與絕緣漆的關(guān)系.機電技術(shù).2006.

[2] 林年福. 決定漆包線品質(zhì)的“三度”.中國電工技術(shù)學會電線電2001年會論文集.2001.

[3] 楊志清. 尼龍在漆包線生產(chǎn)中的應(yīng)用.電線電纜.1995.

[4] 樊良子. 耐高溫聚酰亞胺漆包線漆及其漆包線的研制.絕緣材料.2011.

Analysis and application for Inductive device on wiring solder process

LI Jun ZHANG Chengcheng CUI Bin
(Gree Electric Appliances, inc.of Hefei Hefei 230600)

There are common failure happened on the air/con indoor/outdoor unit of the inductive components on production or after sale market which impacted the machine on short lifetime issue. This is always be the major concern from the air/con maker or inductive components suppliers. It is impacting the product quality and as a long time unsolvable solution. This article is going to analyze the inductive components on failure mode, components internal structure, environmental application, components production process. By using the failure reason, environmental application simulation analysis to have the result: Inductive components’ wiring process too tight, soldering temperature too high and with long soldering time, and human work on soldering process error during the production processes. That result the components in the application level and production level happened the wiring broken or failure. Inductive devices failure which are most related to the components internal production weak points. In additional, to improve the component application level, qualification design process, standard on environmental usage, and production process to increase the total quality on components.

Air conditioning; Inductive device; Wiring broken; Environment stress