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來源:期刊VIP網(wǎng)所屬分類:電力時間:瀏覽:次
摘 要:為了適應(yīng)電器設(shè)備的發(fā)展,開關(guān)電源電路憑借良好的性能得到了廣泛應(yīng)用,高頻變壓器作為開關(guān)電源電路的重要組成器件,決定了開關(guān)電源的質(zhì)量。高頻變壓器在實際應(yīng)用中會出現(xiàn)引腳腐蝕故障失效,導(dǎo)致開關(guān)電源電路不能正常通電工作。本文通過分析高頻變壓器引腳腐蝕的失效機理,通過對高頻變壓器引腳加錫防護,更改引腳材質(zhì),以及涂抹三防膠處理進行整改,使其防護更加可靠,杜絕了引腳腐蝕斷線故障,提高產(chǎn)品的應(yīng)用可靠性。
關(guān)鍵詞:引腳腐蝕;初級線圈;加錫;三防膠;引腳材質(zhì);可靠性
0 引言
隨著科技的發(fā)展,電器設(shè)備使用越來越廣泛,功能越來越強大,體積也越來越小,對電源模塊的要求不斷增加。開關(guān)電源具有效率高、成本低及體積小的特點,在電氣設(shè)備中獲得了廣泛應(yīng)用。在開關(guān)電源設(shè)計中,磁性元件的性能非常重要,而高頻變壓器恰恰是離線式變換開關(guān)電源中重要的磁性元件。高頻變壓器引腳腐蝕失效,導(dǎo)致電器電源部分不能正常通電,因此研究其失效機理非常重要。
1 事件背景
在實際應(yīng)用中,使用高頻變壓器的家用空調(diào)外機控制器故障失效突出,其主要故障為引腳腐蝕,分析失效數(shù)據(jù),實際使用失效時間并不集中,失效均集中在初級線圈。
2 失效原因及失效機理分析
經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn),高頻變壓器長期在潮濕環(huán)境下工作,受外界環(huán)境腐蝕物質(zhì)以及高頻變壓器本身制造差異影響,在初級端高電壓作用下,引腳及銅線產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),造成初級端引腳及銅線腐蝕生銹,嚴(yán)重的導(dǎo)致斷線。高頻變壓器引腳腐蝕如圖1所示,引腳與銅線焊接結(jié)合處嚴(yán)重腐蝕發(fā)綠。
2.1 引腳腐蝕失效模式分析
其失效模式主要存在以下兩種:①引腳腐蝕;②銅線彎折,錫與銅的交界處銅引線腐蝕。
2.1.1 引腳腐蝕
如圖2所示,高頻變壓器引腳鍍層下部腐蝕嚴(yán)重,從銹的顏色看,應(yīng)屬于內(nèi)部鐵引腳發(fā)生了腐蝕現(xiàn)象。而腐蝕部位以上的引腳鍍層完好,這是由于高頻變壓器焊接到PCB板上后,上部引腳鍍層被大量焊錫覆蓋,其鍍層保存完好。
實際中發(fā)現(xiàn),不同廠家、不同批次的高頻變壓器均出現(xiàn)引腳氧化腐蝕生銹現(xiàn)象,導(dǎo)致輸入與輸出電壓不穩(wěn)定,對后邊的電路器件造成損傷。
2.1.2 銅線彎折處,錫與銅的交界位置銅引線腐蝕
高頻變壓器引腳無腐蝕,但漆包線引線彎折處鍍錫層被腐蝕破壞、漆包線絕緣皮破損,銅線被腐蝕并生成銅綠(即銅銹),導(dǎo)致銅線斷裂,腐蝕嚴(yán)重的導(dǎo)致銅線絕緣漆內(nèi)部無銅存在,如圖3所示。
2.2 失效品成分測試
2.2.1 PCB板殘留物EDX元素測試
針對售后失效樣件PCB上的藍色殘留物進行EDX元素測試分析,如圖4所示,測試結(jié)果顯示PCB板不同位置殘留物測試結(jié)果中均顯示有硫(S)元素。
2.2.2 電鏡能譜掃描
對銅引線腐蝕的高頻變壓器進行電鏡能譜掃描測試,如圖5所示,對腐蝕處EDS元素掃描結(jié)果可知,有微量的異常元素硫(S)存在。
2.2.3 骨架元素測試
骨架材料為電木,如圖6所示,經(jīng)電鏡測試該材料中不含有硫等異常元素,可排除骨架材料對漆包線的腐蝕作用。
2.2.4 絕緣漆成分測試
通過對比測試漆包線絕緣漆,如圖7所示,各廠家漆包線絕緣漆成分基本一致,且不同時期差異不大,
2.2.5 絕緣漆厚度測試
對各廠家物料不同生產(chǎn)日期制品絕緣漆厚度進行測試,如表1所示,各廠家漆包線絕緣漆厚度不同時期存在小量波動,B廠家絕緣漆厚度波動稍大些,整體差異不大。
2.3 根據(jù)現(xiàn)象及測試結(jié)果分析
EDX對PCB主板殘留物元素成分測試結(jié)果顯示有硫元素存在,而硫元素在一般性腐蝕過程中會產(chǎn)生一定程度的影響。
硫元素在自然界中以硫化物或單質(zhì)的形式存在。如果空氣含有的SO2成分較高,在潮濕環(huán)境中SO2會與H2O發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成亞硫酸H2SO3,經(jīng)過氧化作用亞硫酸H2SO3會變成硫酸H2SO4,酸雨的形成過程就是這樣。經(jīng)查閱相關(guān)資料,目前我國華中地區(qū)已成為全國酸雨污染范圍最大,強度最高的酸雨污染區(qū),西南地區(qū)、華東沿海地區(qū)次之。這次復(fù)核到高頻變壓器引腳腐蝕現(xiàn)象的主要地區(qū)為華中地區(qū)。結(jié)合高頻變壓器引腳腐蝕的圖片,分析引腳腐蝕現(xiàn)象為鐵鍍錫引腳在酸性電解液(潮濕狀態(tài))中構(gòu)成原電池電化學(xué)腐蝕引起。另外,加上使用過程中的高電壓通電狀態(tài),腐蝕速度會加快。
2.3.1 鐵引腳鍍錫結(jié)構(gòu)的電化學(xué)分析
對于鐵引腳鍍錫這種結(jié)構(gòu),從電化學(xué)角度看,理論上鍍錫層并不能夠有效保護鐵基材不受腐蝕。Fe/Fe2+的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-0.440 V,Sn/Sn2+的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-0.136 V,即Fe的電極電位比Sn的低,構(gòu)成原電池后,鐵會優(yōu)先被腐蝕。所以當(dāng)鍍錫層質(zhì)量不高(有孔隙或裂紋)時,鐵引腳比較容易發(fā)生腐蝕生銹現(xiàn)象。在引腳鍍層表面質(zhì)量不高或鍍層部分地方偏薄情況下,引腳處在酸性環(huán)境中一定時間后內(nèi)部鐵基材暴露出,F(xiàn)e與Sn在酸性潮濕環(huán)境中構(gòu)成電化學(xué)腐蝕,F(xiàn)e的電極電位比Sn的低,構(gòu)成原電池后,鐵優(yōu)先發(fā)生腐蝕,出現(xiàn)高頻變壓器引腳腐蝕現(xiàn)象。