国际能源市场动荡增加我国电力供给压力

　　摘 要：为了适应电器设备的发展，开关电源电路凭借良好的性能得到了广泛应用，高频变压器作为开关电源电路的重要组成器件，决定了开关电源的质量。高频变压器在实际应用中会出现引脚腐蚀故障失效，导致开关电源电路不能正常通电工作。本文通過分析高频变压器引脚腐蚀的失效机理，通过对高频变压器引脚加锡防护，更改引脚材质，以及涂抹三防胶处理进行整改，使其防护更加可靠，杜绝了引脚腐蚀断线故障，提高产品的应用可靠性。

　　关键词：引脚腐蚀;初级线圈;加锡;三防胶;引脚材质;可靠性

　　0 引言

　　随着科技的发展，电器设备使用越来越广泛，功能越来越强大，体积也越来越小，对电源模块的要求不断增加。开关电源具有效率高、成本低及体积小的特点，在电气设备中获得了广泛应用。在开关电源设计中，磁性元件的性能非常重要，而高频变压器恰恰是离线式变换开关电源中重要的磁性元件。高频变压器引脚腐蚀失效，导致电器电源部分不能正常通电，因此研究其失效机理非常重要。

　　1 事件背景

　　在实际应用中，使用高频变压器的家用空调外机控制器故障失效突出，其主要故障为引脚腐蚀，分析失效数据，实际使用失效时间并不集中，失效均集中在初级线圈。

　　2 失效原因及失效机理分析

　　经过分析发现，高频变压器长期在潮湿环境下工作，受外界环境腐蚀物质以及高频变压器本身制造差异影响，在初级端高电压作用下，引脚及铜线产生化学反应，造成初级端引脚及铜线腐蚀生锈，严重的导致断线。高频变压器引脚腐蚀如图1所示，引脚与铜线焊接结合处严重腐蚀发绿。

　　2.1 引脚腐蚀失效模式分析

　　其失效模式主要存在以下两种：①引脚腐蚀;②铜线弯折，锡与铜的交界处铜引线腐蚀。

　　2.1.1 引脚腐蚀

　　如图2所示，高频变压器引脚镀层下部腐蚀严重，从锈的颜色看，应属于内部铁引脚发生了腐蚀现象。而腐蚀部位以上的引脚镀层完好，这是由于高频变压器焊接到PCB板上后，上部引脚镀层被大量焊锡覆盖，其镀层保存完好。

　　实际中发现，不同厂家、不同批次的高频变压器均出现引脚氧化腐蚀生锈现象，导致输入与输出电压不稳定，对后边的电路器件造成损伤。

　　2.1.2 铜线弯折处，锡与铜的交界位置铜引线腐蚀

　　高频变压器引脚无腐蚀，但漆包线引线弯折处镀锡层被腐蚀破坏、漆包线绝缘皮破损，铜线被腐蚀并生成铜绿(即铜锈)，导致铜线断裂，腐蚀严重的导致铜线绝缘漆内部无铜存在，如图3所示。

　　2.2 失效品成分测试

　　2.2.1 PCB板残留物EDX元素测试

　　针对售后失效样件PCB上的蓝色残留物进行EDX元素测试分析，如图4所示，测试结果显示PCB板不同位置残留物测试结果中均显示有硫(S)元素。

　　2.2.2 电镜能谱扫描

　　对铜引线腐蚀的高频变压器进行电镜能谱扫描测试，如图5所示，对腐蚀处EDS元素扫描结果可知，有微量的异常元素硫(S)存在。

　　2.2.3 骨架元素测试

　　骨架材料为电木，如图6所示，经电镜测试该材料中不含有硫等异常元素，可排除骨架材料对漆包线的腐蚀作用。

　　2.2.4 绝缘漆成分测试

　　通过对比测试漆包线绝缘漆，如图7所示，各厂家漆包线绝缘漆成分基本一致，且不同时期差异不大，

　　2.2.5 绝缘漆厚度测试

　　对各厂家物料不同生产日期制品绝缘漆厚度进行测试，如表1所示，各厂家漆包线绝缘漆厚度不同时期存在小量波动，B厂家绝缘漆厚度波动稍大些，整体差异不大。

　　2.3 根据现象及测试结果分析

　　EDX对PCB主板残留物元素成分测试结果显示有硫元素存在，而硫元素在一般性腐蚀过程中会产生一定程度的影响。

　　硫元素在自然界中以硫化物或单质的形式存在。如果空气含有的SO2成分较高，在潮湿环境中SO2会与H2O发生化学反应形成亚硫酸H2SO3，经过氧化作用亚硫酸H2SO3会变成硫酸H2SO4，酸雨的形成过程就是这样。经查阅相关资料，目前我国华中地区已成为全国酸雨污染范围最大，强度最高的酸雨污染区，西南地区、华东沿海地区次之。这次复核到高频变压器引脚腐蚀现象的主要地区为华中地区。结合高频变压器引脚腐蚀的图片，分析引脚腐蚀现象为铁镀锡引脚在酸性电解液(潮湿状态)中构成原电池电化学腐蚀引起。另外，加上使用过程中的高电压通电状态，腐蚀速度会加快。

　　2.3.1 铁引脚镀锡结构的电化学分析

　　对于铁引脚镀锡这种结构，从电化学角度看，理论上镀锡层并不能够有效保护铁基材不受腐蚀。Fe/Fe2+的标准电极电位为-0.440 V，Sn/Sn2+的标准电极电位为-0.136 V，即Fe的电极电位比Sn的低，构成原电池后，铁会优先被腐蚀。所以当镀锡层质量不高(有孔隙或裂纹)时，铁引脚比较容易发生腐蚀生锈现象。在引脚镀层表面质量不高或镀层部分地方偏薄情况下，引脚处在酸性环境中一定时间后内部铁基材暴露出，Fe与Sn在酸性潮湿环境中构成电化学腐蚀，Fe的电极电位比Sn的低，构成原电池后，铁优先发生腐蚀，出现高频变压器引脚腐蚀现象。

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文章名称： 国际能源市场动荡增加我国电力供给压力

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