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                        變頻空調IPM可靠性研究與應用

                        作者:時間:2019-07-01來源:電子產品世界收藏

                          黎長源,李帥,項永金(格力電器(合肥)有限公司,安徽 合肥 230088)

                        本文引用地址:http://www.xinfa15808.cn/article/201907/402143.htm

                          摘要:針對空調用模塊生產過程及運輸周轉過程中出現本體問題,本文從失效機理、工藝設計、器件應用環境設計質量可靠性等方面進行分析。通過器件失效機理、結構對比、X光、測試等對IPM器件本體全方位分析論斷,分析結果表明:IPM整體結構設計存在質量缺陷,IPM抗強度水平低,在實際應用環境中以較高的可靠性工作,本次IPM物理機械失效與器件本身設計質量缺陷存在較大關聯;從器件本身可靠性設計、本體結構性設計、內部結構布局設計全面整改,從器件本身質量提升著手,進行全面、系統化提升器件質量。

                          關鍵詞:;IPM;;;

                          0 引言

                          是時代發展趨勢,空調除了具有基本的制冷、制熱功能外,空調節能、環保、舒適性也是新時代發展要求。核心控制部分控制器是由多電路模塊組成,在實現變頻技術控制方面IPM起著不可或缺的作用,以實現空調頻率可調、可控。IPM將直流電轉換為模擬可控交流電控制壓縮機以不同的頻率進行運轉,完成空調快速制冷、制熱目標,實現這些要求IPM設計質量和工作可靠性都要高。近年來,家用空調用M廠家

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                        IPM過程及售后物理機械失效非常突出,為典型的IPM結構設計質量缺陷。為了從根本上分析導致IPM失效原因,本文從IPM失效機理、失效因素、器件應用環境、器件整機工作可靠性等方面進行分析,其整改方案思路可以為其他類IPM物料失效分析整改提供借鑒及參考意義。

                          1 事件背景

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                          變頻空調引入使用M廠家A編碼IPM在售后實際工作可靠性表現并不很好,用戶開機使用出現壓縮機不啟動現象,售后使用時間較短均在半個月之內,核實電器盒上A編碼模塊出現本體從中間斷裂現象(如表1 2018年上半年M廠家A編碼模塊失效總體數據),問題急需進行攻克解決。

                          2 IPM失效原因及失效機理分析

                          IPM模塊開裂失效主要集中在M廠家A編碼,且在售后使用時間較短均在半個月之內失效,對電器盒拆解查看,發現IPM本體已經開裂。斷裂位置一致(如圖1IPM開裂失效外觀及X-ray圖片),具體是因何種原因失效,是IPM封裝材質問題、結構設計質量問題,還是實際應用環境影響導致,針對問題我們展開失效原因相關分析驗證工作。

                          2.1 控制器結構差異點

                          經過查詢M廠家A編碼對應控制器有30多款,但與PFC電感搭配使用僅3款(售后出問題的,早前生產未帶PFC電感均未發現過),由于PFC電感較重,認為增加后對控制器板的強度有一定的影響(如圖2)。

                          2.2 物料一致性問題

                          2.2.1 內部情況對比:通過X-ray測試內部結構無異常(如圖3)。

                          2.2.2 彎曲強度測試:經對比M廠家A編碼和N廠家A編碼的縱向斷裂強度,M廠家A編碼比N廠家A編碼的斷裂強度小20%左右(如表2)。

                          2.2.3 灰分與熱重測試對比:M廠家A編碼與N廠家A編碼的揮發與熱重測試(如表3)數據接近。

                          2.2.4 材料測試對比:M廠家A編碼與N廠家A編碼的材料均為環氧樹脂,但是N廠家A編碼的譜圖峰值與M廠家A編碼的有一定的差別,核實之前制品表明廠家未更改過材料成分,從2012年7月開始就指定EMC材料,至今沒有變更。

                          2.3 與其他廠家模塊對比

                          通過對壓縮機模塊三個廠家外觀尺寸的對比,發現以下問題。

                          2.3.1 M廠家A編碼的模塊厚度最薄,比P廠家的本體厚度薄,體積也是最小的(如表4壓縮機模塊廠家外觀尺寸對比表)。

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                          2.3.2 M廠家A編碼打螺釘位置的孔位,固定在散熱器上面,強電和弱電不對稱,受到機械應力時受力不對稱。

                          2.3.3 通過取M廠家A編碼實物外觀查看,在M廠家A編碼的散熱面,靠弱電斷裂側有3個約1.5mm的深孔;背部有一個凹槽,在螺釘固定位置的中間(如圖4M廠家A編碼實物)。

                          2.4 跌落實驗驗證

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                          2.4.1 單體電器盒跌落實驗:故障未復現

                          2.4.1.1 電器盒以1.5m高度進行跌落(鈑金朝下與朝上跌落),跌落3次,跌落后功率器件存在變形情況,但未發現IPM模塊存在開裂情況,且變形受力方向與故障件相反(如圖5)。

                          2.4.1.2 電器盒以1.5M高度進行跌落(側面),跌落后功率器件存在變形情況,但未發現IPM模塊存在開裂情況,且變形受力方向與故障件較為相似(如圖6)。

                          2.4.1.3 模塊焊接偏高異常:把IPM塞塊增加矽膠片進行焊接,將模塊高度增加至6.8 mm(標準為:6±0.2)mm,按1.5 m高度進行跌落,跌落后均出現功率器件引腳變形但器件未開裂情況。

                          2.4.2 整機跌落實驗:3.9m高跌落實驗復現

                          2.4.2.1 整機正向側向跌落1 m和1.6 m各跌落兩次,IPM引腳有輕微變形現象,但未出現售后破裂現象(如圖7)。

                          2.4.2.2 整機正向跌落3.9 m高度,模擬售后卸貨從車上掉落。經模擬從車子頂層將機子跌落,共跌落2次,跌落高度約3.9 m,試驗后整機外觀明顯變形,拆機檢查控制器下塌,模塊破裂,與售后反饋的圖片相似(如圖8)。同時,電器盒內部其他部位也出現不同程度的損傷,如扼流圈支架斷、功率器件變形、風機電容腳斷(售后返回均未發現其他器件破損異常)等問題。

                          分析小結:從模擬摔機情況看,整機外觀與控制器等整體都出現不同程度變形,與售后回訪情況存在差異,但控制器模塊破損位置及破損方式與售后反饋的相似,說明售后出現的模塊破損與整機從較高處直接跌落有直接關系,同時模塊本身承受能力較差。

                          3 IPM 失效整改措施

                          3.1 器件自身結構改進

                          1) 增加 CBD陶瓷覆銅板(如圖9 更改后增加CBD陶瓷覆銅板)。

                          2) 本體的凹槽填平(如圖10 更改后凹槽填平)。

                          3.2 關于加強空調成品裝卸、安裝過程的管控要求空調從出庫到客戶的安裝流程中,涉及此流程的電商管理部、經營部、成品庫、客服中心、各銷售公司及安裝網點,須加強對員工的培訓教育,運輸周轉及安裝過程中嚴禁出現摔機、高空扔機等現象。

                          4 整改效果評估及應用效果驗證

                          4.1 新舊制品外觀上區別

                          4.1.1 新制品相對舊制品凹陷處填平,左邊舊制品,右邊新制品(如圖11)。

                          4.1.2 同時增加CBD陶瓷覆銅板以提高抗彎曲強度,左邊舊制品,右邊新制品(如圖12)。

                          4.2 X-ray核實內部線路狀態

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                          1) 弱電線路部分:新舊制品線路一致。

                          2) 強電線路部分:新制品線路做更改,對引腳與塑封接觸部分改成T字結構,增加接觸面積,提升IPM抗機械強度能力(如圖13,圖14 )。

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                          4.3 M廠家A編碼模塊抗強度測試驗證

                          測試條件:測試擺放如下,測試位移1mm/min(如圖15)。

                          測試更改前后各安排2個樣品,結果見表5,更改后制品抗彎曲強度明顯提高。

                          4.3.1 M廠家A編碼模塊新舊制品在管腳性能參數,極限參數一致。對裝配整機性能測試及跌落試驗驗證無異常。

                          5 IPM失效整改總結及意義

                          通過產品實際應用過程中的問題反饋信息及器件單體驗證分析,本文從IPM失效機理、失效因素、器件應用環境、器件裝配可靠性等多方面進行分析,通過對器件單體可靠性,及整機進行驗證,IPM耐抗機械強度為700N以上,需要從器件本身進行整改,IPM耐抗機械強度分析因素進行分析探索研究,綜合分析評估IPM結構調整可以達到此要求。

                          本體調整M廠家A編碼模塊結構,在原有的標準上表5 新舊制品抗彎曲強度測試對比表序號 樣品狀態 測試數據(N) 圖片樣品 1 更改前 709.354樣品 2 更改前 701.021樣品 3 更改后 2004.871樣品 4 更改后 2148.263再次提升IPM抗機械強度應力,從而改善產品質量,更改后制品極限抗彎曲強度由7 0 0 N 提 高 到2000N以上,效果明顯。

                          通 過 此 次 整改,器件引入開發時需對器件單體及應用電路、工作環境等進行詳 細 有 效 測 試評估,要與實際使用環境及使用位置進行綜合評估,將IPM抗強度測試評估要求納入入廠檢標準,可提前測試把關提高產品質量,提高IPM應用的可靠性,降低過程及應用中后失效率。

                          參考文獻

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                          作者簡介:

                          黎長源(1984.1),男,高級工程師,主要研究方向:空調制冷技術、變頻空調IPM可靠性技術。

                          本文來源于科技期刊《電子產品世界》2019年第7期第60頁,歡迎您寫論文時引用,并注明出處




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