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控制器常见设计问题及对策

作者:刘彦强 王大波 施清清时间:2020-11-13来源:电子产品世界
编者按:各类智能家电产品趋于多样化,许许多多的设计问题需要进行多次的试制的才能够被及时发现,反复确认的过程严重浪费设备和人力资源,随之带来的是成本的上升。所以在试制阶段尽可能的发现新品的缺陷,不但可以及时避免批量事故的发生,也同时保证了产品质量。通过一些简单实用的方法可以排查控制器结构干涉的问题,设计物料、工艺流程的更改,对比前后的变更点,可以有效识别出隐患点,及时提出解决对策。

 (珠海格力电器股份有限公司 珠海 519070)

本文引用地址:http://www.guoze6.com/article/202011/420294.htm

引言

伴随着万物互联时代的迫近,越来越多的智能家电产品活跃在各个家电企业的试制车间,面对着全新的产品,从图纸上无法发现的问题全部暴露在车间生产线上,需要有人提出对策及时整改,由于试制车间的局限性,有些隐蔽问题在批量生产时才可能暴露出来,这时我们需要有可参考的案例来避免重大质量事故发生。本文根据某企业试制车间出现过的设计问题案例,总结出常见问题以及对策。

1、类:

产品的设计和结构必须能够保证在正常情况下它们能正常工作,而且对使用者和周围环境不产生潜在或真实的危害。即使在人们使用不小心的情况下,也不能有危险发生【1】 。通常控制器产品中涉及到的常见问题主要有元器件烧毁,连接器松脱(甚至引起打火),金属外壳漏电流过大三类。引起的原因多种多样,下文中列举了常见的问题已经一些排查手段和解决方案。

1.1 元器件烧毁——二极管

SMT(表面组装技术)已经成为了电子制造行业的标配【2】,SMT车间根据设计图纸将PCB上需要贴装的元器件进行固化贴装,但是新产品往往在设计研发阶段由于人为的失误,将一些有极性的关键元器件在制作PCB图纸时方向画反,导致后工序贴反出现损伤电路或者烧毁元器件的问题,图1为某企业新空调产品试装测试过程中出现IC元器件直接炸开的案例,后排查核实为旁边的的D3而二极管贴反导致IC第八脚直接接地短路,局部电路如图2。

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图1 元器件烧毁

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图2 局部电路

1.2 元器件烧毁——钽电容:

在生产12寸触摸屏的时候,车间测试环节多次出现钽电容烧毁的下线案例:某编码电器盒8台测试出现炸板,订单生产共20台,不良比例40%,经分析为设计未按标准要求降额30%使用,此批次钽电容物料疵点一致性的差异,疵点较薄的样品在未降额使用的电路中,上电瞬间电流增大出现烧坏的现象【3】,涉及整机需封存返包处理。这单问题就属于设计选型没有充分考虑到电路元器件降额需求,导致产线批量生产时出现问题。

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图3 钽电容失效

1.3 元器件烧毁——立式电阻

某控制器厂生产一款变频外机空调时,在进行强电功能测试时突然间有个立式电阻位置打火烧毁,电阻本体并没有严重破坏,但是引线已经熔断,周围控制器元器件都已经被烧黑。排查往年下线数据,同类异常也有多次出现。现场发现引起打火的主要因素是立插电阻倾倒后直接与220 V的火线端子接触,导致电阻烧毁。此类问题在设计时需要考虑到立插电阻两个引脚在不同方向的强度,双引脚支撑的情况下,电阻本体非常容易向着两个引脚形成的平面法线方向歪倒,所以要尽量避免立插电阻两个引脚平面的法向上有强电元器件,尤其是铜插片,保险管等金属外漏的器件。

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图4 立插电阻烧毁

1.4 各类连接器松问题

这里说的连接器主要涉及PCB类连接器,由设计问题导致的连接器打火类案例较为少见,最主要还是从预防打火的角度进行产品质量、安全控制。某款智能产品试制过程中,显示屏经常出现花屏的问题,拆开屏幕检查,没有发现任何问题,重新组装复测故障消失,且很难复现。对比与竞品之间的差别,发现原来是液晶排线松脱,因为排线没有防松脱设计,导致生产和使用过程中都会呈现不稳定性。此类隐患在设计阶段就要识别,目前常用的防松脱端子主要有以下几种结构设计。

表1——常用连接器

序号

类型

图片

1

铜插片类:插簧上带有锁舌

(基本已经普及)

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2

IC类针座排线:排线要带耳朵,可以卡在

针槽内

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3

板间连接类:插头要带保持器

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1.5 漏电问题

生产中最常见的漏电问题主要集中在两个方面,一个是线路接地不完全,一个是绝缘防护不到位。线路接地不完整的情况在设计初期排查线路图纸过程中就可以发现,几乎不会流到产线。产线发现最多的是绝缘防护不到位的情况。在一次新品试制过程中,电器盒功能测试发现所有的产品都报漏电流过大,将故障品拆开排查,发现矽胶片选型尺寸过小,导致晶体管的金属部分直接接触到散热器表面,造成漏电,属于设计选型问题。同样在批量产线还暴露其他漏电类问题,供读者排查异常时参考。

2   结构类

结构类异常主要表现在两个方面。第一类实际尺寸超过设计要求尺寸,即产生过盈配合,导致结构件与结构件之间、结构件与PCB、结构件与元器件之间造成干涉,进而影响装配或者导致元件损伤;第二类就是配合间隙过大,导致装配无法紧密结合或者装配后元件的应力严重超标,这里最常见的就是功率模块与散热器之间的配合,如无法紧密贴合就会造成模块无法有效散热,导致炸板的严重事故,如强制使用大力矩将其锁紧装配,则IPM应力过大,主板严重变形,同样造成控制器寿命变短甚至出现不可预估的其他问题。

2.1 针座固定柱尺寸过长干涉IC芯片

在试制车间生产新开发产品的手操器,测试时发现液晶屏幕的右下角按压时会出现像水波纹一样的波动情况,如图2.1.通常情况下液晶波动是因为高温受热导致液晶液化,出现波动;再者就是出现受力的情况,导致在受力点位置出现水纹异常。经核实设计三维,未发现有干涉情况,将实物拆解发现,有一个针座的定位柱尺寸过长,在实际装配过程中由于要打螺钉导致干涉到液晶的背面,当人操作时液晶正面受力,出现水纹的异常。如图5~7所示。

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图5 液晶水波纹

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图6 IC被干涉

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图7 针座柱过长

2.2散热器与IPM间隙过大

这种问题一般都会发生在首次设计生产的电器盒上,生产控制器时部分控制器要安装电器盒,以固定散热器,散热器是为了使功率较大的器件尽快达到散热效果,避免因温度过高引起模块烧毁问题。在某款空调新产品电器盒组装时,将散热器固定好之后,在打模块螺钉的时候发现明显的主板变形下沉,测试模块应力应变最大峰值达到了5000,属于严重设计缺陷。最后核实是因为新开发产品为了保证电器盒的防水密封性,在散热器和电器盒之间加了一层橡胶垫,这个橡胶垫的厚度达到了5 mm,加大了IPM表面到散热器表面的距离。

2.3干涉类排查方案

干涉类问题最好的排查方法就是使用横切面或者纵切面,在可能干涉的地方进行剖面分析。但是此类破坏性方案不适用成本较昂贵的产品。前文所提及的两类干涉问题,像尺寸过盈配合干涉的问题通常可使用颜色,针对控制器排查,不可使用有腐蚀性的墨水,最好建议使用产线常用散热膏,将我们怀疑的干涉位置涂抹散热膏,之后进行全工序装配,再次拆机检查时就可以发现,根据其他位置是否有粘到标记的颜色判断是否产生干涉。此类方法的优点是不用破坏产品本身,使用后可以轻松擦除,不会对产品本身造成任何外观的影响,是最适合排查过盈配合干涉的问题的有效方法之一。

间隙配合导致结构件之间余量过大的问题,可以使用对比测量法。先根据图纸计算装配好的整体尺寸(直接查看三维图即可),再根据实际测量计算,计算过程要考虑到累计误差,所以计算的结果应该是包含一个上极限值和下极限值的范围。如果归于复杂的结构,且不清楚内部装配零部件的情况下,可以考虑切割产品,使用直观的剖面测量。干涉问题还有其他种类型和方式,这里将常见的问题和对策罗列出来,如表2所示,供读者参考。

表2——常见干涉类型

问题类型

问题描述

排查方法

整改方案

元器件干涉元器件

针座定位柱干涉贴片类元件表面

颜色标记

1、更改定位柱尺寸或者形状;

2、挪动元器件的位置。

注塑件干涉元器件

注塑件凸台、

加强筋、

定位柱,

限位柱等干涉元器件

颜色标记

更改注塑件结构

工装干涉元器件

工装上的限位柱、

定位柱、

干涉元器件。

直接观察或者菲零对比

更改工装结构

间隙过大

模块与散热器间隙过大,

固定螺钉导主板出现变形

剖面分析或者测量计算

取消影响因素或者改变其结构尺寸

不同心同轴

模块螺钉孔与散热器开孔在装配后无法准确对齐

1、核实散热器,注塑电器盒结构

物料异常更改物料图纸,

选型异常更改生产明细

2、核实模块支架结构

3、核实PCB结构

4、以上皆没有问题则是选型搭配问题

3小结

新产品开发设计是整个项目的重点和开端,良好的开端是成功的一半。但是万事开头难,控制器设计问题多如牛毛,能够在评审试制阶段提前发现各类常见的低级问题将大大节约生产研发的成本,有利于公司长远发展。本文从控制器主板电气安全问题和电器盒问题归纳总结了新品控制器在开发阶段常常会掉入的误区以及预防和排查的方案措施,能够帮助读者未雨绸缪,缩短控制器新品开发评审周期。

参考文献

[1]毛跃辉. 家用空调电气安全设计探讨[J]. 家电科技.2010(6):68-70

[2]杜旭辉.浅谈SMT表面组装技术的发展及应用[J].江西建材.2017(21):246+250

[3]王烁.钽电容失效模式及分析[J].科技风.2018(2):108-109

作者简介:

刘彦强(1994-),男,本科,检测技术研究,质量工程师,主要从事家用电器安规检测工作

王大波(1986-),男,本科,失效分析,助理工程师,主要从事家用电器安规检测工作

施清清(1982-),男,本科,空调可靠性研究,中级工程师,主要从事家用电器安规检测工作

(注:本文刊登于《电子产品世界》杂志2020年11期)



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