變頻空調高壓電解電容生產可靠性研究與應用

摘要：從生產過程可靠性評估其生產期間的有效性，對電解電容本體質量進行提升。

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。對于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于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鑒、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并不是很好，在生產過程中反饋電解電容出現外殼轉動現象，該問題嚴重影響售后質量，對客戶安裝空調后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，后排查線上未上線制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于正常品，分析此類缺陷為X廠家制造異常引起的不良。

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松動現象，導致連桿行程變長，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、增加螺絲緊固復核確認。2、員工自檢，每批產品檢測產品高度，并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，產品蓋板轉動是由于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，由于鋁殼嵌入膠度過淺，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，使用時間過長后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后失效。

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并采取有效的解決方案。

解決方法：鋁殼高度檢測增加二道防火墻（如圖6 封口機高度檢測防火墻）。

原理描述：封口機重新設計高度檢測，當高度高于產品0.2mm后，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墻

4.2 整改效果評估及應用效果驗證

整改后電解電容高度測試基本達到要求，經過對電解電容新制品評估，整改后制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墻，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

注：本文來源于《電子產品世界》雜志2020年10月期