高频变压器引脚电化学腐蚀失效剖析与牢靠性研讨_williamhill中国官网|中文版


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高频变压器引脚电化学腐蚀失效剖析与牢靠性研讨

发布时间:2021-11-22 08:06:29 来源:williamhill中国官网 点击次数:46 作者:williamhill中国官网

  为了习惯电器设备的开展,开关电源电路凭仗杰出的功用得到了广泛运用,高频变压器作为开关电源电路的重要组成器材,决议了开关电源的质量。高频变压器在实践运用中会呈现

  作者简介:项永金(1986—),男,中级工程师,首要研讨方向:电子元器材失效剖析及牢靠性研讨。

  跟着科技的开展,电器设备运用越来越广泛,功用越来越强壮,体积也越来越小,对电源模块的要求不断添加。开关电源具有用率高、成本低及体积小的特色,在电气设备中获得了广泛运用。在开关电源规划中,磁性元件的功用非常重要,而高频变压器恰恰是离线式改换开关电源中重要的磁性元件。高频变压器引脚腐蚀失效,导致电器电源部分不能正常通电,因而研讨其失效机理非常重要。

  在实践运用中,运用高频变压器的家用空调外机控制器毛病失效杰出,其首要毛病为引脚腐蚀,剖析失效数据,实践运用失效时刻并不会集,失效均会集在初级线 失效原因及失效机理剖析

  经过剖析发现,高频变压器长时刻在湿润环境下作业,受外界环境腐蚀物质以及高频变压器本身制作差异影响,在初级端高电压效果下,引脚及铜线产生化学反响,构成初级端引脚及铜线腐蚀生锈,严峻的导致断线。高频变压器引脚腐蚀如图1 所示,引脚与铜线焊接结合处严峻腐蚀发绿。

  2.1 引脚腐蚀失效方法剖析其失效方法首要存在以下两种:①引脚腐蚀;②铜线弯折,锡与铜的交界处铜引线 所示,高频变压器引脚镀层下部腐蚀严峻,从锈的色彩看,应归于内部铁引脚产生了腐蚀现象。而腐蚀部位以上的引脚镀层无缺,这是因为高频变压器焊接到PCB 板上后,上部引脚镀层被很多焊锡掩盖,其镀层保存无缺。

  实践中发现,不同厂家、不同批次的高频变压器均呈现引脚氧化腐蚀生锈现象,导致输入与输出电压不稳定,对后边的电路器材构成损害。

  高频变压器引脚无腐蚀,但漆包线引线弯折处镀锡层被腐蚀损坏、漆包线绝缘皮破损,铜线被腐蚀并生成铜绿(即铜锈),导致铜线开裂,腐蚀严峻的导致铜线绝缘漆内部无铜存在,如图3 所示。

  针对售后失效样件PCB 上的蓝色残留物进行EDX元素测验剖析,如图4 所示,测验成果显现PCB 板不同方位残留物测验成果中均显现有硫(S)元素。

  骨架材料为电木,如图6 所示,经电镜测验该资猜中不含有硫等反常元素,可扫除骨架材料对漆包线的腐蚀效果。

  对各厂家物料不同出产日期制品绝缘漆厚度进行测验,如表1 所示,各厂家漆包线绝缘漆厚度不同时期存在小量动摇,B 厂家绝缘漆厚度动摇稍大些,全体差异不大。

  EDX 对PCB 主板残留物元素成分测验成果显现有硫元素存在,而硫元素在一般性腐蚀进程中会产生必定程度的影响。硫元素在自然界中以硫化物或单质的方法存在。假如空气含有的SO2 成分较高,在湿润环境中SO2 会与H2O 产生化学反响构成亚硫酸H2SO3,经过氧化效果亚硫酸H2SO3 会变成硫酸H2SO4,酸雨的构成进程便是这样。经查阅相关材料,目前我国华中区域已成为全国酸雨污染规模最大,强度最高的酸雨污染区,西南区域、华东沿海区域次之。这次复核到高频变压器引脚腐蚀现象的首要区域为华中区域。结合高频变压器引脚腐蚀的图片,剖析引脚腐蚀现象为铁镀锡引脚在酸性电解液(湿润状况)中构成原电池电化学腐蚀引起。别的,加上运用进程中的高电压通电状况,腐蚀速度会加快。

  关于铁引脚镀锡这种结构,从电化学视点看,理论上镀锡层并不能够有用维护铁基材不受腐蚀。Fe/Fe2+的规范电极电位为-0.440 V,Sn/Sn2+ 的规范电极电位为-0.136 V,即Fe 的电极电位比Sn的低,构成原电池后,铁会优先被腐蚀。所以当镀锡层质量不高(有孔隙或裂纹)时,铁引脚比较简单产生腐蚀生锈现象。在引脚镀μm层外表质量不高或镀层部分当地偏薄情况下,引脚处在酸性环境中必定时刻后内部铁基材暴露出,Fe 与Sn 在酸性湿润环境中构成电化学腐蚀,Fe 的电极电位比Sn的低,构成原电池后,铁优先产生腐蚀,呈现高频变压器引脚腐蚀现象。

  铜与锡在硫的酸性化境中产生电化学腐蚀,铜线弯折处的特色是镀锡层薄,处于锡与铜的交界处。从对腐蚀处EDS元素扫描成果来看,发现有微量的硫反常元素。硫的酸性化合物(如H2SO3 或H2SO4)在湿润环境下将引线弯折处较薄的镀锡层腐蚀损坏(Sn 可与H2SO4反响生成可溶性的Sn4+ 盐),使锡层外表产生孔隙或裂纹(裂纹的产生也有可能是因为锡膏在快速冷却后缩短,在弯折处产生应力导致开裂),锡层被损坏后,湿气会接触到内部的裸铜线(铜线外表的绝缘漆已被高温锡膏熔掉)。此刻,锡(Sn)与铜(Cu)在湿润环境下构成原电池,产生化学腐蚀反响。Sn/Sn2+ 的规范电极电位为-0.136 V,Cu/Cu2+ 的规范电极电位为+0.337 V,即Sn 的电极电位比Cu 的低,构成原电池后,Sn 会优先被腐蚀。Sn 被腐蚀掉时,被氧化成可溶性Sn4+ 盐,构成镀锡层被损坏的程度大大添加。露出来的裸铜在湿润环境中产生腐蚀产生铜绿:Cu 在CO2、O2、H2O 存在的条件下产生缓慢氧化,Cu+CO2+O2+H2O—Cu(OH)2CO3,即铜绿(锈),即铜被腐蚀掉,然后构成铜线 实验比照剖析

  3.2 盐雾实验条件:取高频变压器样品6 个,焊接在运用的PCB上,然后按正常运用状况放置在温度(35±2)℃、Nacl 浓度5%、pH 值6.5 ~ 7.2 环境中,每隔24 h 将试样在高倍显微镜下调查1 次,记载引脚和漆包线,漆包线已呈现显着腐蚀,表层漆膜呈现掉落现象,在引脚与漆包线焊接方位冒出腐蚀产品。

  失效数据发现,失效均在外机变频空调控制器主板,内机并无失效,首要是外机装在室外,运用环境较恶劣,温湿度不同较大,首要是温度、湿度较高,且水汽、尘埃等其他腐蚀性物质较多。因为受外机整机运转环境影响,腐蚀物质侵入会加快引脚腐蚀失效。计算失效数据,失效会集在运用2~5 a 出产机器,遍及运用时刻比较长,腐蚀是一个逐步的化学反响进程。

  4.3.1 铜引出线拉得较紧,铜线在弯折处受力较大。如引线拉得较紧,铜线在弯折处遭到骨架的效果力较大,长时刻受力后,在腐蚀条件效果下会加快其开裂。

  在浸锡进程中,高温锡膏会将引脚漆包线上的绝缘漆熔掉外,内部铜线受高温锡膏影响产生咬铜现象,使铜线直径变小,铜线本身的抗拉才能下降,弯折处在骨架长时刻效果力下,铜线 漆包线绝缘漆成分及厚度改动

  在出产进程中,喷到引脚及引线上的凡立水、稀释剂、助焊剂,或后期漆包线吸水受潮,其耐腐蚀性会遭到影响。

  5 失效解决计划在高频变压器出产进程中,厂家经过引入全自动线圈焊接设备可解决人工焊接对引脚的损害,在必定程度上下降对引脚镀层的损害,下降不良产生概率。别的,经过对引脚与铜线结合处

  以上整改能够在必定程度上下降腐蚀产生概率。因为此运用中外机环境等其他特别要素影响,不能彻底根绝高频变压器腐蚀毛病的产生。为了有用整改,特拟定以下三个整改计划,其间实验验证计划1 是最优防护方法,计划2 与计划3 次之。

  处理,三防胶具有杰出的“防潮”、“防盐雾”、“绝缘”功用;在湿润环境中其膜层仍不失其杰出介电功用;有较强的耐氧化性和抗老化性。

  对高频变压器外漏漆包线部分涂油漆处理,油漆具有杰出的“绝缘”功用以及耐腐蚀功用,能在必定条件下固化成绝缘膜或绝缘全体。产品选用真空含浸,含浸到骨架挡板方位(二次焊锡时将骨架挡板上的绝缘油铲除),挡板以下的针脚及产品用绝缘油掩盖,能够增强产品的全体绝缘才能,改进产品针脚的腐蚀问题。5.3 计划3:改动

  将引脚运用的CP 线(镀锡铜包钢镀镍底,其基材为“钢”)改为磷青铜原料,磷青铜具有杰出的导电功用,比铜原料抗氧化功用更好。从电化学视点看,镀锡引脚Cu/Cu2+ 的规范电极电位为+0.337 V,Sn/Sn2+ 的规范电极电位为-0.136 V,即Sn 的电极电位比Cu 的低,构成原电池后,Sn 为阳极,Cu 为阴极,Cu 会遭到电化学维护,磷青铜原料引脚的耐腐蚀性会得到较大进步。各计划实验比照,供给的涂三防漆样品、涂油漆样品、磷青铜原料引脚,对引线与镀锡层处均做稀硫酸处理,在60 ℃,湿度95% 条件下做潮态实验,288 h 后成果如下。1)涂三防胶:如图13 所示,只要引脚极个别点呈现极细微腐蚀;

  归纳比照3 个计划,涂三防胶及涂油漆,控制器出产进程中欠好操作,由高频变压器出产厂家在出产进程中对高频变压器外漏漆包线部分涂三防漆维护,因为工艺不良简单构成引脚残留,导致实践出产拼装中控制器呈现引脚上锡不良,厂家出产进程管控难度较大。现改动

  跟着年代的开展,电源越来越小型化,开关电源电路牢靠性问题益发严峻。作为开关电源电路的重要器材,高频变压器易呈现引脚腐蚀失效。剖析失效原因发现,产品制作工艺不良以及运用环境、运用电路等多个要素均会导致呈现毛病。本文对高频变压器引脚腐蚀的失效机理、失效要素等多方面进行剖析,经过改动引脚原料,对引脚进行加锡处理以及涂改三防胶,明显进步了高频变压器引脚抗腐蚀的才能,售后整改效果明显。

  [2] 段富良,王梅.铜基上化学镀锡工艺剖析[J].云南化工,2017(6):76-78.(本文来源于《电子产品世界》杂志2021年6月期)