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固态继电器结构可靠性研究与应用

作者:李帅,张秀凤时间:2019-08-12来源:电子产品世界收藏

  李 帅,张秀凤

本文引用地址:500万彩票网http://www.dzszp.com/article/201908/403619.htm

  (格力电器(合肥)有限公司,安徽 合肥 230088)

  摘 要:针对空调用因结构不良导致现象,本文从失效机理、工艺设计可靠性等方面进行分析。通过器件失效机理、结构对比、X-RAY等对器件进行全方位分析论断,分析结果表明:结构设计存在质量缺陷,在生产过程中因树脂注入黏度,造成现象。本次从器件本身可靠性设计、内部结构布局设计整改,提升器件产品质量。

  关键词:固态继电器;

  0 引言

  固态继电器(Solidstate Relays,SSR)是一种全部由固态电子元器件组成的新型无触点开关器件,它利用电子元件(如发光二极管、双向可控硅等半导体器件)的开关特性,将可控硅和光耦结合,把功率驱动、功率调节、高低压隔离三个特点集成到一起。当输出端导通时,即使输入端撤除后,输出端将仍然导通直至到其两端电压降低到0为止,可达到无触点无火花地接通和断开电路的目的,因此又被称为“无触点开关”。SSR实现弱信号(Vsr)对强电(输出端负载电压)的控制。本文从SSR失效机理、失效因素等方面进行分析,其整改方案思路可以为其他SSR厂家失效分析整改提供借鉴、参考意义。

  1 事件背景

  空调用固态继电器引入A厂家器件后,售后工作可靠性表现不佳,通过X-RAY观察发现内部金线变形及绑定不良现象严重(如表1) ,同样过程通过全检也能发现金线绑定不良,问题急需进行攻克解决。

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  2 IPM失效原因及失效机理分析

500万彩票网  对固态继电器原理图及实物图(如图1 和图2)核实,从SSR原理图查看左侧1、2、3、4引脚为低电压输入端,右侧5、6、8为高电压控制端。固态继电器通过输入端发光二极管发射,通过光电感应控制6、8脚高压输出,来控制空调室内机电机的转速。

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500万彩票网  对固态继电器进行X-RAY观察,A厂家固态继电器结构是金线绑定进行1引脚与3、4引脚短路(如图3),B厂家固态继电器是铜基板直接连接实现1引脚与3、4引脚短路(如图4)。通过图3、图4对比,能明显发现金线绑定结构与铜框架一体结构现象,通过X-RAY观察确定A厂家与B厂家输入端结构存在不同。

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  对A厂家、B厂家固态继电器进行开封,发现固态继电器发射极A厂家与B厂家结构有所不同。A厂家结构为1引脚与3、4引脚通过金线绑定连接(如图5),B厂家结构1引脚与3、4引脚是铜框架一体结构(如图6),由于后工序进行封装树脂流动、过程周转抖动及其他异常,导致输入端1引脚与3、4引脚金线绑定的变形及框架形变的异常现象。

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  对A厂家固态继电器开封后观察金线绑定结构,发现由于绑定金线过长,在封装时树脂流动已经导致金线变形。B厂家由于结构的稳定性,开封后观察不存在此类现象(如图7)。

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  3 固态继电器失效整改措

500万彩票网  施整改措施将固态继电器的输入端结构进行调整,对固态继电器1引脚与3、4引脚的金线绑定结构进行更改,改成与B厂家结构一致,使得1引脚与3、4引脚铜基板直接连接,实现发射极端1、3、4引脚框架结构一体化,一体化后同样实现直接短路,同时增加框架在生产过程的稳定性(如图8)。

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  4 整改效果验证

500万彩票网  整改后制品外观上无差别,整改后制品与整改前制品在尺寸、结构等性能参数方面数值保持一致。

500万彩票网  核实内部结构状态,整改后制品输入端结构进行优化,输入端1引脚与3、4引脚由金线绑定改成一体化结构(如图9。其中,标注①为发光二极管金线绑定,标注②为结构更改处,其他部分结构不变),输出端强电部分结构不变,更改后弱电控制部分各项电性能参数不变。更改后避免了固态继电器在生产过程中因树脂流动、过程周转抖动及其它异常,导致输入端1引脚与3、4引脚金线绑定的变形及框架形变的异常现象。

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  由于对输入端弱电部分结构进行调整,器件半导体未做任何改动,使用原来的发光二极管、双向可控硅等半导体器件,即做结构调整后不影响器件整体性能方面的参数值。同步对整改后新制品在管脚性能参数、极限参数进行测试,与整改前制品参数一致。器件单体性能及装配整机性能测试验证均无异常。

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  5 固态继电器失效整改总结及意义

  通过对A厂家SSR产品单体结构分析,并从SSR失效机理、失效因素、可靠性等多方面进行核实,同步对B厂家SSR产品单体结构可靠性对比论证,发现需从器件本身进行整改。对不同厂家SSR结构进行对比分析,从其他SSR优点结构部分进行吸收优化,对分析评估SSR结构调整优化可以达到的借鉴要求,来提高产品可靠性,整改后效果明显。

  通过此次整改,器件引入开发时需对器件单体可靠性进行详细有效测试评估,通过与不同厂家对比结构分析,提炼不同厂家结构优势,进行推动优化结构,以提高产品的结构可靠性,同步降低过程应用及售后失效率。

  参考文献

  [1] 毛兴武,张乃国.电子元件知识讲座(九)光耦合器与固体继电器[J].电子元器件应用, 2011(12).

  [2] 朱家国,颜廷刚,石定桓.浅谈固态继电器的工作原理、技术特点和应用[J].电子科技导报,2011(12).

500万彩票网  [3] 张宇瀚.固态继电器的结构、分类与应用[J].技术与市场,2016(11).

  [4] 朱煜。光MOS固体继电器平行缝焊的工艺研究[J]。机电元件,2012 (06)。

  [5] 余日光,史烽.固体继电器研发项目风险管理研究[J].企业科技与发展,2013(09).

  作者简介:

500万彩票网  李帅(1988-),男,助理工程师,研究方向:固态继电器可靠性技术研究。

  本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第8期第72页,欢迎您写论文时引用,并注明出处



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