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            控制器常見設計問題及對策

            作者:劉彥強 王大波 施清清時間:2020-11-13來源:電子產品世界收藏
            編者按:各類智能家電產品趨于多樣化,許許多多的設計問題需要進行多次的試制的才能夠被及時發現,反復確認的過程嚴重浪費設備和人力資源,隨之帶來的是成本的上升。所以在試制階段盡可能的發現新品的缺陷,不但可以及時避免批量事故的發生,也同時保證了產品質量。通過一些簡單實用的方法可以排查控制器結構干涉的問題,設計物料、工藝流程的更改,對比前后的變更點,可以有效識別出隱患點,及時提出解決對策。

             (珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070)

            本文引用地址:http://www.kfyj19.com/article/202011/420294.htm

            引言

            伴隨著萬物互聯時代的迫近,越來越多的智能家電產品活躍在各個家電企業的試制車間,面對著全新的產品,從圖紙上無法發現的問題全部暴露在車間生產線上,需要有人提出對策及時整改,由于試制車間的局限性,有些隱蔽問題在批量生產時才可能暴露出來,這時我們需要有可參考的案例來避免重大質量事故發生。本文根據某企業試制車間出現過的設計問題案例,總結出常見問題以及對策。

            1、類:

            產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,而且對使用者和周圍環境不產生潛在或真實的危害。即使在人們使用不小心的情況下,也不能有危險發生【1】 。通常控制器產品中涉及到的常見問題主要有元器件燒毀,連接器松脫(甚至引起打火),金屬外殼漏電流過大三類。引起的原因多種多樣,下文中列舉了常見的問題已經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)已經成為了電子制造行業的標配【2】,SMT車間根據設計圖紙將PCB上需要貼裝的元器件進行固化貼裝,但是新產品往往在設計研發階段由于人為的失誤,將一些有極性的關鍵元器件在制作PCB圖紙時方向畫反,導致后工序貼反出現損傷電路或者燒毀元器件的問題,圖1為某企業新空調產品試裝測試過程中出現IC元器件直接炸開的案例,后排查核實為旁邊的的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。

            image.png

            圖1 元器件燒毀

            image.png

            圖2 局部電路

            1.2 元器件燒毀——鉭電容:

            在生產12寸觸摸屏的時候,車間測試環節多次出現鉭電容燒毀的下線案例:某編碼電器盒8臺測試出現炸板,訂單生產共20臺,不良比例40%,經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一致性的差異,疵點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。這單問題就屬于設計選型沒有充分考慮到電路元器件降額需求,導致產線批量生產時出現問題。

            image.png

            圖3 鉭電容失效

            1.3 元器件燒毀——立式電阻

            某控制器廠生產一款變頻外機空調時,在進行強電功能測試時突然間有個立式電阻位置打火燒毀,電阻本體并沒有嚴重破壞,但是引線已經熔斷,周圍控制器元器件都已經被燒黑。排查往年下線數據,同類異常也有多次出現。現場發現引起打火的主要因素是立插電阻傾倒后直接與220 V的火線端子接觸,導致電阻燒毀。此類問題在設計時需要考慮到立插電阻兩個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兩個引腳形成的平面法線方向歪倒,所以要盡量避免立插電阻兩個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。

            image.png

            圖4 立插電阻燒毀

            1.4 各類連接器松問題

            這里說的連接器主要涉及PCB類連接器,由設計問題導致的連接器打火類案例較為少見,最主要還是從預防打火的角度進行產品質量、安全控制。某款智能產品試制過程中,顯示屏經常出現花屏的問題,拆開屏幕檢查,沒有發現任何問題,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,發現原來是液晶排線松脫,因為排線沒有防松脫設計,導致生產和使用過程中都會呈現不穩定性。此類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

            類型

            圖片

            1

            銅插片類:插簧上帶有鎖舌

            (基本已經普及)

            1605255949485666.png

            2

            IC類針座排線:排線要帶耳朵,可以卡在

            針槽內

            1605255975366487.png

            3

            板間連接類:插頭要帶保持器

            1605255995280424.png

            1.5 漏電問題

            生產中最常見的漏電問題主要集中在兩個方面,一個是線路接地不完全,一個是絕緣防護不到位。線路接地不完整的情況在設計初期排查線路圖紙過程中就可以發現,幾乎不會流到產線。產線發現最多的是絕緣防護不到位的情況。在一次新品試制過程中,電器盒功能測試發現所有的產品都報漏電流過大,將故障品拆開排查,發現矽膠片選型尺寸過小,導致晶體管的金屬部分直接接觸到散熱器表面,造成漏電,屬于設計選型問題。同樣在批量產線還暴露其他漏電類問題,供讀者排查異常時參考。

            2   結構類

            結構類異常主要表現在兩個方面。第一類實際尺寸超過設計要求尺寸,即產生過盈配合,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,進而影響裝配或者導致元件損傷;第二類就是配合間隙過大,導致裝配無法緊密結合或者裝配后元件的應力嚴重超標,這里最常見的就是功率模塊與散熱器之間的配合,如無法緊密貼合就會造成模塊無法有效散熱,導致炸板的嚴重事故,如強制使用大力矩將其鎖緊裝配,則IPM應力過大,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題。

            2.1 針座固定柱尺寸過長干涉IC芯片

            在試制車間生產新開發產品的手操器,測試時發現液晶屏幕的右下角按壓時會出現像水波紋一樣的波動情況,如圖2.1.通常情況下液晶波動是因為高溫受熱導致液晶液化,出現波動;再者就是出現受力的情況,導致在受力點位置出現水紋異常。經核實設計三維,未發現有干涉情況,將實物拆解發現,有一個針座的定位柱尺寸過長,在實際裝配過程中由于要打螺釘導致干涉到液晶的背面,當人操作時液晶正面受力,出現水紋的異常。如圖5~7所示。

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            圖5 液晶水波紋

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            圖6 IC被干涉

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            圖7 針座柱過長

            2.2散熱器與IPM間隙過大

            這種問題一般都會發生在首次設計生產的電器盒上,生產控制器時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,避免因溫度過高引起模塊燒毀問題。在某款空調新產品電器盒組裝時,將散熱器固定好之后,在打模塊螺釘的時候發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。最后核實是因為新開發產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干涉類排查方案

            干涉類問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行剖面分析。但是此類破壞性方案不適用成本較昂貴的產品。前文所提及的兩類干涉問題,像尺寸過盈配合干涉的問題通常可使用顏色,針對控制器排查,不可使用有腐蝕性的墨水,最好建議使用產線常用散熱膏,將我們懷疑的干涉位置涂抹散熱膏,之后進行全工序裝配,再次拆機檢查時就可以發現,根據其他位置是否有粘到標記的顏色判斷是否產生干涉。此類方法的優點是不用破壞產品本身,使用后可以輕松擦除,不會對產品本身造成任何外觀的影響,是最適合排查過盈配合干涉的問題的有效方法之一。

            間隙配合導致結構件之間余量過大的問題,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),再根據實際測量計算,計算過程要考慮到累計誤差,所以計算的結果應該是包含一個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,可以考慮切割產品,使用直觀的剖面測量。干涉問題還有其他種類型和方式,這里將常見的問題和對策羅列出來,如表2所示,供讀者參考。

            表2——常見干涉類型

            問題類型

            問題描述

            排查方法

            整改方案

            元器件干涉元器件

            針座定位柱干涉貼片類元件表面

            顏色標記

            1、更改定位柱尺寸或者形狀;

            2、挪動元器件的位置。

            注塑件干涉元器件

            注塑件凸臺、

            加強筋、

            定位柱,

            限位柱等干涉元器件

            顏色標記

            更改注塑件結構

            工裝干涉元器件

            工裝上的限位柱、

            定位柱、

            干涉元器件。

            直接觀察或者菲零對比

            更改工裝結構

            間隙過大

            模塊與散熱器間隙過大,

            固定螺釘導主板出現變形

            剖面分析或者測量計算

            取消影響因素或者改變其結構尺寸

            不同心同軸

            模塊螺釘孔與散熱器開孔在裝配后無法準確對齊

            1、核實散熱器,注塑電器盒結構

            物料異常更改物料圖紙,

            選型異常更改生產明細

            2、核實模塊支架結構

            3、核實PCB結構

            4、以上皆沒有問題則是選型搭配問題

            3小結

            新產品開發設計是整個項目的重點和開端,良好的開端是成功的一半。但是萬事開頭難,控制器設計問題多如牛毛,能夠在評審試制階段提前發現各類常見的低級問題將大大節約生產研發的成本,有利于公司長遠發展。本文從控制器主板電氣安全問題和電器盒問題歸納總結了新品控制器在開發階段常常會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,縮短控制器新品開發評審周期。

            參考文獻

            [1]毛躍輝. 家用空調電氣安全設計探討[J]. 家電科技.2010(6):68-70

            [2]杜旭輝.淺談SMT表面組裝技術的發展及應用[J].江西建材.2017(21):246+250

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

            作者簡介:

            劉彥強(1994-),男,本科,檢測技術研究,質量工程師,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《電子產品世界》雜志2020年11期)



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