變頻空調高壓電解電容生產可靠性研究與應用
2020-12-01 電子產品世界編者按：變頻空調用高壓電解電容在過程使用出現大批量電容外殼轉動現象，會導致高壓電解電容在使用過程中出現電解液洩露現象，嚴重影響產品質量。本文從高壓電解電容失效機理方面、器件生產製造方面、器件質量可靠性等方面進行全面分析，通過器件失效機理對電解電容器件進行分析論斷，分析結果表明：電解電容在生產製造過程中未有效管控，最終在客戶使用時反饋外殼轉動現象，控制不當對於售後會產生重大質量隱患。本次應用中出現的電解電容大量外殼轉動失效與製造過程管控及過程二級防火牆存在較大關係，製造設備失效導致。從生產過程可靠性評估其生產期間的
1 引言
電解電容對空調供電電源質量，保護電路避免被過電壓擊穿有不可或缺的作用，它是維護電路穩定工作的基石。對於高壓電解電容的重要性更加突出，它工作在強電電路部分，若失效直接導致整個控制器電路失效，所以整個電路的有效性取決於電解電容的工作壽命。為了從根本上分析導致電容外殼轉動失效原因，本文從電容失效機理、失效因素等方面進行分析，其整改方案思路可以為其他電容類物料失效分析整改提供借鑑、參考意義。
圖1 鋁殼高度測試
2 事件背景
變頻空調引入使用X廠家高壓電解電容在實際生產中反饋可靠性表現並不是很好，在生產過程中反饋電解電容出現外殼轉動現象，該問題嚴重影響售後質量，對客戶安裝空調後長期使用存在漏液現象，導致整機失效問題，問題急需攻克解決。
圖2 設備緊固螺絲未打緊
3 電解電容失效原因及失效機理分析
高壓電解電容失效主要集中變頻某班組主板上，先反饋批量X廠家電解電容外殼轉動，後排查線上未上線製品發現同樣存在該現象，通過對半成品、成品封存全檢發現大比例不合格，有嚴重質量風險，落實對半成品、成品，整機進行封存。
3.1 電解電容失效品分析
對電解電容失效品測試結果核實發現都有一共性，故障品查看外殼可以旋轉，測試對比鋁殼高度發現存在明顯差異（圖1鋁殼高度測試，表1 X廠家不合格品與合格品測試數據對比），不合格品鋁殼高度明顯高於正常品，分析此類缺陷為X廠家製造異常引起的不良。
表1 X廠家不合格品與合格品測試數據對比
3.2 X廠家生產工藝分析
經過對X廠家生產工藝排查，發現生產過程存在隱患點：1、封口設備改機過程中，緊固螺絲未打緊，使用過程螺絲會出現鬆動現象，導致連杆行程變長，產品高度超高（如圖2設備緊固螺絲未打緊）。2、員工抽檢不到位，只對外觀進行觀察，未對尺寸進行測量，檢驗有效性不足。
該對公司過程可能造成電解電容隱患點制定相關管控標準：1、增加螺絲緊固覆核確認。2、員工自檢，每批產品檢測產品高度，並記錄到生產隨工單上（如圖3檢測產品高度）。同時外檢員檢查，每批由員工隨機抽取10%的產品手工轉動確認有無蓋板轉動現象。
圖3 檢測產品高度
3.3 電解電容內部結構分析
觀察電解電容內部，產品蓋板轉動是由於產品鋁殼入膠過淺造成，如圖4電容成品X光透視檢測。故障品實際入膠嚴重不足，所以導致轉動現象產生。
圖4 電容成品X光透視檢測
3.4 電解電容可靠性實驗驗證
耐久性實驗條件施加紋波電流，溫度：105℃，電壓：450V，時間：2000h。實際實驗600小時失效，出現電解液漏液現象，測試電解電容容值變小（如圖5 電解液漏液及測試容值）。
分析小結：通過可靠性實驗驗證高壓電解電容，由於鋁殼嵌入膠度過淺，在通電高溫實驗過程中電解液因實驗溫度升高及通電導致汽化，使得電解電容內部氣壓升高通過電解電容封口不緊出流出。若使用在用戶空調中，使用時間過長後導致電解電容內部電解液慢慢流逝，最終使得電解電容的容值下降，影響承受電壓值，最終導致空調使用一段時間後失效。
圖5 電解液漏液及測試容值
4 電解電容失效整改措施
4.1 電解電容失效解決方案
經過對生產過程整改發現單獨對設備緊固螺絲，及增加員工過程檢測方式及頻率，不能根本性杜絕問題，需從器件失效現象方面進行探索並採取有效的解決方案。
解決方法：鋁殼高度檢測增加二道防火牆（如圖6 封口機高度檢測防火牆）。
原理描述：封口機重新設計高度檢測，當高度高於產品0.2mm後，設備停機，未取出不良品時，該機臺無法正常生產。
圖6 封口機高度檢測防火牆
4.2 整改效果評估及應用效果驗證
整改後電解電容高度測試基本達到要求，經過對電解電容新製品評估，整改後製品入膠深度符合要求(如圖7 電容成品X光透視檢測)，達到整改目標水平。
產品控制高度與入膠深度直接相關，X 廠家目前控制標準為入膠深度≥0.3mm，為加嚴內控的標準。
圖7 電容成品X光透視檢測
5 電解電容失效整改總結及意義
本次通過產品使用過程中的問題反饋器件結構異常，以及調整器生產工藝，對廠家生產工藝反饋增加設備二道防火牆，完善過程控制計劃，從而有效改善產品質量，提高產品可靠性。
參考文獻
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李帥（1988.4.7),男，助理工程師，研究方向：變頻空調高壓電解電容可靠性技術研究
註：本文來源於《電子產品世界》雜誌2020年10月期
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