淺析機械應力對空調(diào)用電感可靠性的影響

沈培勤 陳秀秀 楊守武

摘 要：電感是空調(diào)用常見器件之一，電感器一般由骨架、繞組、屏蔽罩、封裝材料、磁心或鐵心等組成。電感只有一個繞組，具有一定的電感，它只阻礙電流的變化。如果電感器在沒有電流通過的狀態(tài)下，電路接通時它將試圖阻礙電流流過它；如果電感器在有電流通過的狀態(tài)下，電路斷開時它將試圖維持電流不變。電感受應力影響較大，在生產(chǎn)過程以及產(chǎn)品運輸環(huán)節(jié)需特別重視應力問題，機械應力會直接導致電感使用壽命縮短。

關鍵詞：電感；機械應力；使用壽命

1 電感簡介

電感是用絕緣導線（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。當線圈中有電流通過時，線圈的周圍就會產(chǎn)生磁場。當線圈中電流發(fā)生變化時，其周圍的磁場也會相應的變化，此變化的磁場可以使線圈產(chǎn)生感應電動勢，具體結(jié)構如下圖：

2 技術背景

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力失效導致。

4 生產(chǎn)過程機械應力排查

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)引腳嚴重脫離骨架，引線緊繃拉斷問題。

具體試驗情況內(nèi)容如下。

1）對3臺多聯(lián)內(nèi)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電感進行查看，有1臺機組出現(xiàn)引腳輕微脫離本體骨架的情況。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

5）對電感“L型”新結(jié)構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。

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)不當導致。通過對電感側(cè)邊增加打膠固定或電感引腳結(jié)構優(yōu)化為L型結(jié)構，可以有效避免周轉(zhuǎn)運輸過程中導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裝裝配主板崗位員工操作手法進行規(guī)范和培訓，避免抓取和擠壓電感進行操作導致電感受力。

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(cè)邊位置進行打膠操作固定。

6.3 結(jié)構優(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.關于電路系統(tǒng)與力學系統(tǒng)某些相似性的探討[J].物理通報，2002（7）：13-15.