控制器常見設(shè)計問題及對策

 （珠海格力電器股份有限公司 珠海 519070）

引言

伴隨著萬物互聯(lián)時代的迫近，越來越多的智能家電產(chǎn)品活躍在各個家電企業(yè)的試制車間，面對著全新的產(chǎn)品，從圖紙上無法發(fā)現(xiàn)的問題全部暴露在車間生產(chǎn)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(chǎn)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(zhì)量事故發(fā)生。本文根據(jù)某企業(yè)試制車間出現(xiàn)過的設(shè)計問題案例，總結(jié)出常見問題以及對策。

1、電氣安全類：

產(chǎn)品的設(shè)計和結(jié)構(gòu)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(huán)境不產(chǎn)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(fā)生^【1】 。通常控制器產(chǎn)品中涉及到電氣安全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(jīng)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(shù)）已經(jīng)成為了電子制造行業(yè)的標(biāo)配^【2】，SMT車間根據(jù)設(shè)計圖紙將PCB上需要貼裝的元器件進(jìn)行固化貼裝，但是新產(chǎn)品往往在設(shè)計研發(fā)階段由于人為的失誤，將一些有極性的關(guān)鍵元器件在制作PCB圖紙時方向畫反，導(dǎo)致后工序貼反出現(xiàn)損傷電路或者燒毀元器件的問題，圖1為某企業(yè)新空調(diào)產(chǎn)品試裝測試過程中出現(xiàn)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(dǎo)致IC第八腳直接接地短路，局部電路如圖2。

圖1 元器件燒毀

圖2 局部電路

1.2 元器件燒毀——鉭電容：

在生產(chǎn)12寸觸摸屏的時候，車間測試環(huán)節(jié)多次出現(xiàn)鉭電容燒毀的下線案例:某編碼電器盒8臺測試出現(xiàn)炸板，訂單生產(chǎn)共20臺，不良比例40%，經(jīng)分析為設(shè)計未按標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)燒壞的現(xiàn)象^【3】，涉及整機(jī)需封存返包處理。這單問題就屬于設(shè)計選型沒有充分考慮到電路元器件降額需求，導(dǎo)致產(chǎn)線批量生產(chǎn)時出現(xiàn)問題。

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(chǎn)一款變頻外機(jī)空調(diào)時，在進(jìn)行強(qiáng)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(yán)重破壞，但是引線已經(jīng)熔斷，周圍控制器元器件都已經(jīng)被燒黑。排查往年下線數(shù)據(jù)，同類異常也有多次出現(xiàn)?，F(xiàn)場發(fā)現(xiàn)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(dǎo)致電阻燒毀。此類問題在設(shè)計時需要考慮到立插電阻兩個引腳在不同方向的強(qiáng)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(qiáng)電元器件，尤其是銅插片，保險管等金屬外漏的器件。

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(shè)計問題導(dǎo)致的連接器打火類案例較為少見，最主要還是從預(yù)防打火的角度進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量、安全控制。某款智能產(chǎn)品試制過程中，顯示屏經(jīng)常出現(xiàn)花屏的問題，拆開屏幕檢查，沒有發(fā)現(xiàn)任何問題，重新組裝復(fù)測故障消失，且很難復(fù)現(xiàn)。對比與競品之間的差別，發(fā)現(xiàn)原來是液晶排線松脫，因為排線沒有防松脫設(shè)計，導(dǎo)致生產(chǎn)和使用過程中都會呈現(xiàn)不穩(wěn)定性。此類隱患在設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)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(jīng)普及)
2	IC類針座排線：排線要帶耳朵，可以卡在 針槽內(nèi)
3	板間連接類：插頭要帶保持器

1.5 漏電問題

生產(chǎn)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(hù)不到位。線路接地不完整的情況在設(shè)計初期排查線路圖紙過程中就可以發(fā)現(xiàn)，幾乎不會流到產(chǎn)線。產(chǎn)線發(fā)現(xiàn)最多的是絕緣防護(hù)不到位的情況。在一次新品試制過程中，電器盒功能測試發(fā)現(xiàn)所有的產(chǎn)品都報漏電流過大，將故障品拆開排查，發(fā)現(xiàn)矽膠片選型尺寸過小，導(dǎo)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(shè)計選型問題。同樣在批量產(chǎn)線還暴露其他漏電類問題，供讀者排查異常時參考。

2   結(jié)構(gòu)類

結(jié)構(gòu)類異常主要表現(xiàn)在兩個方面。第一類實際尺寸超過設(shè)計要求尺寸，即產(chǎn)生過盈配合，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件與結(jié)構(gòu)件之間、結(jié)構(gòu)件與PCB、結(jié)構(gòu)件與元器件之間造成干涉，進(jìn)而影響裝配或者導(dǎo)致元件損傷；第二類就是配合間隙過大，導(dǎo)致裝配無法緊密結(jié)合或者裝配后元件的應(yīng)力嚴(yán)重超標(biāo)，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(dǎo)致炸板的嚴(yán)重電氣安全事故，如強(qiáng)制使用大力矩將其鎖緊裝配，則IPM應(yīng)力過大，主板嚴(yán)重變形，同樣造成控制器壽命變短甚至出現(xiàn)不可預(yù)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(chǎn)新開發(fā)產(chǎn)品的手操器，測試時發(fā)現(xiàn)液晶屏幕的右下角按壓時會出現(xiàn)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(dǎo)致液晶液化，出現(xiàn)波動；再者就是出現(xiàn)受力的情況，導(dǎo)致在受力點位置出現(xiàn)水紋異常。經(jīng)核實設(shè)計三維，未發(fā)現(xiàn)有干涉情況，將實物拆解發(fā)現(xiàn)，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(dǎo)致干涉到液晶的背面，當(dāng)人操作時液晶正面受力，出現(xiàn)水紋的異常。如圖5～7所示。

圖5 液晶水波紋

圖6 IC被干涉

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(fā)生在首次設(shè)計生產(chǎn)的電器盒上，生產(chǎn)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(dá)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(diào)新產(chǎn)品電器盒組裝時，將散熱器固定好之后，在打模塊螺釘?shù)臅r候發(fā)現(xiàn)明顯的主板變形下沉，測試模塊應(yīng)力應(yīng)變最大峰值達(dá)到了5000，屬于嚴(yán)重設(shè)計缺陷。最后核實是因為新開發(fā)產(chǎn)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(dá)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(jìn)行剖面分析。但是此類破壞性方案不適用成本較昂貴的產(chǎn)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?？墒褂妙伾?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/標(biāo)記法">標(biāo)記法，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(chǎn)線常用散熱膏，將我們懷疑的干涉位置涂抹散熱膏，之后進(jìn)行全工序裝配，再次拆機(jī)檢查時就可以發(fā)現(xiàn)，根據(jù)其他位置是否有粘到標(biāo)記的顏色判斷是否產(chǎn)生干涉。此類方法的優(yōu)點是不用破壞產(chǎn)品本身，使用后可以輕松擦除，不會對產(chǎn)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(dǎo)致結(jié)構(gòu)件之間余量過大的問題，可以使用對比測量法。先根據(jù)圖紙計算裝配好的整體尺寸（直接查看三維圖即可），再根據(jù)實際測量計算，計算過程要考慮到累計誤差，所以計算的結(jié)果應(yīng)該是包含一個上極限值和下極限值的范圍。如果歸于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，且不清楚內(nèi)部裝配零部件的情況下，可以考慮切割產(chǎn)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

3小結(jié)

新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)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(shè)計問題多如牛毛，能夠在評審試制階段提前發(fā)現(xiàn)各類常見的低級問題將大大節(jié)約生產(chǎn)研發(fā)的成本，有利于公司長遠(yuǎn)發(fā)展。本文從控制器主板電氣安全問題和電器盒結(jié)構(gòu)干涉問題歸納總結(jié)了新品控制器在開發(fā)階段常常會掉入的誤區(qū)以及預(yù)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(fā)評審周期。

參考文獻(xiàn)

[1]毛躍輝. 家用空調(diào)電氣安全設(shè)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(shù)的發(fā)展及應(yīng)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(fēng).2018（2）:108-109

作者簡介：

劉彥強(qiáng)（1994-），男，本科，檢測技術(shù)研究，質(zhì)量工程師，主要從事家用電器安規(guī)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(guī)檢測工作

施清清（1982-），男，本科，空調(diào)可靠性研究，中級工程師，主要從事家用電器安規(guī)檢測工作

（注：本文刊登于《電子產(chǎn)品世界》雜志2020年11期）