摘 要：為了適應(yīng)電器設(shè)備的發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源電路憑借良好的性能得到了廣泛應(yīng)用，高頻變壓器作為開(kāi)關(guān)電源電路的重要組成器件，決定了開(kāi)關(guān)電源的質(zhì)量。高頻變壓器在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)引腳腐蝕故障失效，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)電源電路不能正常通電工作。本文通過(guò)分析高頻變壓器引腳腐蝕的失效機(jī)理，通過(guò)對(duì)高頻變壓器引腳加錫防護(hù)，更改引腳材質(zhì)，以及涂抹三防膠處理進(jìn)行整改，使其防護(hù)更加可靠，杜絕了引腳腐蝕斷線故障，提高產(chǎn)品的應(yīng)用可靠性。

　　關(guān)鍵詞：引腳腐蝕;初級(jí)線圈;加錫;三防膠;引腳材質(zhì);可靠性

　　0 引言

　　隨著科技的發(fā)展，電器設(shè)備使用越來(lái)越廣泛，功能越來(lái)越強(qiáng)大，體積也越來(lái)越小，對(duì)電源模塊的要求不斷增加。開(kāi)關(guān)電源具有效率高、成本低及體積小的特點(diǎn)，在電氣設(shè)備中獲得了廣泛應(yīng)用。在開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中，磁性元件的性能非常重要，而高頻變壓器恰恰是離線式變換開(kāi)關(guān)電源中重要的磁性元件。高頻變壓器引腳腐蝕失效，導(dǎo)致電器電源部分不能正常通電，因此研究其失效機(jī)理非常重要。

　　1 事件背景

　　在實(shí)際應(yīng)用中，使用高頻變壓器的家用空調(diào)外機(jī)控制器故障失效突出，其主要故障為引腳腐蝕，分析失效數(shù)據(jù)，實(shí)際使用失效時(shí)間并不集中，失效均集中在初級(jí)線圈。

　　2 失效原因及失效機(jī)理分析

　　經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，高頻變壓器長(zhǎng)期在潮濕環(huán)境下工作，受外界環(huán)境腐蝕物質(zhì)以及高頻變壓器本身制造差異影響，在初級(jí)端高電壓作用下，引腳及銅線產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，造成初級(jí)端引腳及銅線腐蝕生銹，嚴(yán)重的導(dǎo)致斷線。高頻變壓器引腳腐蝕如圖1所示，引腳與銅線焊接結(jié)合處嚴(yán)重腐蝕發(fā)綠。

　　2.1 引腳腐蝕失效模式分析

　　其失效模式主要存在以下兩種：①引腳腐蝕;②銅線彎折，錫與銅的交界處銅引線腐蝕。

　　2.1.1 引腳腐蝕

　　如圖2所示，高頻變壓器引腳鍍層下部腐蝕嚴(yán)重，從銹的顏色看，應(yīng)屬于內(nèi)部鐵引腳發(fā)生了腐蝕現(xiàn)象。而腐蝕部位以上的引腳鍍層完好，這是由于高頻變壓器焊接到PCB板上后，上部引腳鍍層被大量焊錫覆蓋，其鍍層保存完好。

　　實(shí)際中發(fā)現(xiàn)，不同廠家、不同批次的高頻變壓器均出現(xiàn)引腳氧化腐蝕生銹現(xiàn)象，導(dǎo)致輸入與輸出電壓不穩(wěn)定，對(duì)后邊的電路器件造成損傷。

　　2.1.2 銅線彎折處，錫與銅的交界位置銅引線腐蝕

　　高頻變壓器引腳無(wú)腐蝕，但漆包線引線彎折處鍍錫層被腐蝕破壞、漆包線絕緣皮破損，銅線被腐蝕并生成銅綠(即銅銹)，導(dǎo)致銅線斷裂，腐蝕嚴(yán)重的導(dǎo)致銅線絕緣漆內(nèi)部無(wú)銅存在，如圖3所示。

　　2.2 失效品成分測(cè)試

　　2.2.1 PCB板殘留物EDX元素測(cè)試

　　針對(duì)售后失效樣件PCB上的藍(lán)色殘留物進(jìn)行EDX元素測(cè)試分析，如圖4所示，測(cè)試結(jié)果顯示PCB板不同位置殘留物測(cè)試結(jié)果中均顯示有硫(S)元素。

　　2.2.2 電鏡能譜掃描

　　對(duì)銅引線腐蝕的高頻變壓器進(jìn)行電鏡能譜掃描測(cè)試，如圖5所示，對(duì)腐蝕處EDS元素掃描結(jié)果可知，有微量的異常元素硫(S)存在。

　　2.2.3 骨架元素測(cè)試

　　骨架材料為電木，如圖6所示，經(jīng)電鏡測(cè)試該材料中不含有硫等異常元素，可排除骨架材料對(duì)漆包線的腐蝕作用。

　　2.2.4 絕緣漆成分測(cè)試

　　通過(guò)對(duì)比測(cè)試漆包線絕緣漆，如圖7所示，各廠家漆包線絕緣漆成分基本一致，且不同時(shí)期差異不大，

　　2.2.5 絕緣漆厚度測(cè)試

　　對(duì)各廠家物料不同生產(chǎn)日期制品絕緣漆厚度進(jìn)行測(cè)試，如表1所示，各廠家漆包線絕緣漆厚度不同時(shí)期存在小量波動(dòng)，B廠家絕緣漆厚度波動(dòng)稍大些，整體差異不大。

　　2.3 根據(jù)現(xiàn)象及測(cè)試結(jié)果分析

　　EDX對(duì)PCB主板殘留物元素成分測(cè)試結(jié)果顯示有硫元素存在，而硫元素在一般性腐蝕過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定程度的影響。

　　硫元素在自然界中以硫化物或單質(zhì)的形式存在。如果空氣含有的SO2成分較高，在潮濕環(huán)境中SO2會(huì)與H2O發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成亞硫酸H2SO3，經(jīng)過(guò)氧化作用亞硫酸H2SO3會(huì)變成硫酸H2SO4，酸雨的形成過(guò)程就是這樣。經(jīng)查閱相關(guān)資料，目前我國(guó)華中地區(qū)已成為全國(guó)酸雨污染范圍最大，強(qiáng)度最高的酸雨污染區(qū)，西南地區(qū)、華東沿海地區(qū)次之。這次復(fù)核到高頻變壓器引腳腐蝕現(xiàn)象的主要地區(qū)為華中地區(qū)。結(jié)合高頻變壓器引腳腐蝕的圖片，分析引腳腐蝕現(xiàn)象為鐵鍍錫引腳在酸性電解液(潮濕狀態(tài))中構(gòu)成原電池電化學(xué)腐蝕引起。另外，加上使用過(guò)程中的高電壓通電狀態(tài)，腐蝕速度會(huì)加快。

　　2.3.1 鐵引腳鍍錫結(jié)構(gòu)的電化學(xué)分析

　　對(duì)于鐵引腳鍍錫這種結(jié)構(gòu)，從電化學(xué)角度看，理論上鍍錫層并不能夠有效保護(hù)鐵基材不受腐蝕。Fe/Fe2+的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-0.440 V，Sn/Sn2+的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-0.136 V，即Fe的電極電位比Sn的低，構(gòu)成原電池后，鐵會(huì)優(yōu)先被腐蝕。所以當(dāng)鍍錫層質(zhì)量不高(有孔隙或裂紋)時(shí)，鐵引腳比較容易發(fā)生腐蝕生銹現(xiàn)象。在引腳鍍層表面質(zhì)量不高或鍍層部分地方偏薄情況下，引腳處在酸性環(huán)境中一定時(shí)間后內(nèi)部鐵基材暴露出，F(xiàn)e與Sn在酸性潮濕環(huán)境中構(gòu)成電化學(xué)腐蝕，F(xiàn)e的電極電位比Sn的低，構(gòu)成原電池后，鐵優(yōu)先發(fā)生腐蝕，出現(xiàn)高頻變壓器引腳腐蝕現(xiàn)象。