整流组件失效模式分析与可靠性设计

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1、整流组件失效模式分析与可靠性设计一、汽车交流发电机整流组件失效模式对大量失效的整流组件进行分析，组件失效模式主要有以下几种：a、二极管引线与连接片焊接处焊料熔化脱落;b、引线与管芯焊接处焊料熔化脱落;c、硅片表面镀镍层不佳造成焊接空洞、假焊或镍层脱落;d、管芯与管座(或极板)间焊接处焊料熔化造成管芯脱落、环氧开裂上翘。从以上的分析中知整流组件的失效模式都与焊接工艺和焊料有关。为了便于分析产生以上四种故障模式的原因，我们就国内常用的整流组件生产工艺和整流组件在交流发电机中实际工作状况作简要介绍。二、国内常用的整流组件生产工艺的简介1、缙云

2、管芯的简介缙云是我国汽车管芯集中生产地，它每年生产汽车管芯几千万只，约占全国汽车管芯产量的三分之二以上。由于它们的结构与生产工艺相近(电极片为铁片、95铅锡浸焊、台面酸付蚀与硅橡胶保护)，因此大家把这一类管芯称为缙云管芯。由于缙云管芯成本低和使用方便因此深受整流组件生产厂的欢迎，同时亦是整流组件生产厂越来越多的原因之一。应用缙云管芯生产整流组件目前有二大流派。大多数生产厂采用：缙云管芯、引线、管座(或极板)加焊膏后在隧道炉(或烘箱或热板)中焊接成一体，组装成整流组件。在这套工艺方案中由于含锡量很大的焊膏与管芯表面局部的95铅锡熔合后熔点

3、下降到183℃附近(工艺方案A)。另外一些生产厂采用：缙云管芯、管座(或极板)加焊膏在隧道炉(或烘箱或热板)中焊成一体，然后用电流焊方法把引线焊在管芯表面。此时引线与管芯间的焊料是单一95铅锡，它的熔点是295℃左右。由于在电流焊焊接引线时焊接温度很难精确控制，往住会温度过高使管芯表面95铅锡层全部熔化，破坏了硅橡胶与铅锡间的粘合密封状态，在冷却后铅锡与硅橡胶间产生一间隙，容易产生管芯反向特性不稳定的缺陷。同时由于电流焊的焊接温度高、加温速度快，因此对硅片表面镀镍工艺要求高，容易产生硅片爆裂与脱镍现象(工艺方案B)。由于缙云管芯采用的电

4、极板为铁片、管芯的表面浸焊有很厚的95铅锡焊料，铁和铅锡焊料的导热系数相对铜、铝来讲要小得多，因此，此类管芯稳态热阻与瞬态热阻都比较大。在ΔVF测试中它的数值一般在80---140mV，而BOSCH管子的ΔVF值一般为20±2mV2、台湾整流粒子整流粒子的结构是两片镀银铜片与两片银铅锡合金片夹一片硅片装在石墨模中，在氢、氮气保护的隧道炉(真空焊接炉)中焊接成一体，然后经过酸付蚀、硅橡胶涂覆等工序形成整流粒子(管芯)。由于此类工厂早期均为台湾商人独资或合资厂，因此此类管芯习惯称为台湾整流粒子(或粒子)。此类粒子的焊料是熔点为295℃---

5、305℃的银铅锡合金片。整流组件厂用此粒子、引线、极板(或管座)加上锡锑焊膏(或锡锑合金片)装在焊接模上在隧道炉中焊成一体，组装成整流组件(工艺方案C)。6此类组件引线与管芯、管芯与管座(或极板)间焊料熔点为231℃，ΔVF数值为20---30mV。美国雷达公司早期产品采用此工艺方案。3、带引线整流粒子简介此类管芯日本用得比较多，它把引线、两片电极片、硅片与叁片银铅锡焊片在氢、氮气保护的隧道炉或真空焊接炉内焊接成一体，把引线与管芯焊接焊料熔点提高到295℃。整流组件厂把带引线整流粒子用熔点为231℃锡锑焊膏(或锡锑合金片)焊在管座(或极

6、板)上，组装成整流组件(工艺方案D)。此类整流组件ΔVF数值在20---30mV。以上介绍的工艺都属二次焊接工艺。4、玻璃钝化芯片及一次焊接工艺此类芯片具有好的高温特性和高的稳定性，但需要有高的工艺水平才能充分发挥芯片的特长。成本高、工艺要求高。整流组件厂把玻璃钝化芯片、引线、管座(或极板)用银铅锡合金片(熔点为295℃---305℃)在氢、氮气保护的隧道炉(或真空焊接炉)中焊接成一体，组装成整流组件(工艺方案E)。此类整流组件ΔVF数值在20---30mV。5、经典一次焊接工艺国内早期单管的工艺方案是经典的一次焊接工艺。把硅片、二片电

7、极片、引线和底座用四片银铅锡合金焊片(熔点为295℃---305℃)装在焊接模内，在氢、氮气保护的隧道炉(或真空焊接炉)中焊接成一体，经过表面腐蚀、表面保护、加封口盖密封和外接软引线等工序制成单管(工艺方案F)。国内早期单管主要存在下列不足：(1).由于采用厚的硅片因此正向峰值压降大;(2).由于表面处理工艺不到位及表面保护材料不佳，反向漏电流偏大、稳定性较差。目前这套工艺方法己经很少有人采用，主要原因是：制造过程中需要用大量的酸碱和去离子水，需要一定的设备投入。目前国内绝大多数整流组件生产厂没有这类设备及管理能力。一、整流组件在交流发

8、电机内实际工况及失效原因分析用半导体点温计测量极板温度时测量值一般都偏低，最大误差值可达10度以上。要测准组件极板温度最佳方法是在整流组件极板上埋设测温热电偶(填充导热硅酯)。(一)28V、45A交流发电机