莫?jiǎng)Χ?/p>

(上海航天設(shè)備制造總廠，上海，200245)

試驗(yàn)與檢測(cè)

某型繼電器批次性質(zhì)量問(wèn)題的警示

莫?jiǎng)Χ?/p>

(上海航天設(shè)備制造總廠，上海，200245)

本文介紹了某型號(hào)產(chǎn)品繼電器批次性質(zhì)量問(wèn)題，該問(wèn)題導(dǎo)致了產(chǎn)品大批次返工返修，造成了重大經(jīng)濟(jì)損失。通過(guò)歸零分析，將質(zhì)量管理中的問(wèn)題充分暴露出來(lái)，不僅給相關(guān)責(zé)任單位帶來(lái)了警示，在產(chǎn)品質(zhì)量控制中的我們也得到了啟示。

繼電器；質(zhì)量；激光焊接

1 引言

某型號(hào)產(chǎn)品在整機(jī)調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)了1只繼電器失效故障。失效繼電器送元器件分析中心進(jìn)行失效分析后發(fā)現(xiàn)，失效繼電器動(dòng)簧片根部存在裂紋，其觸點(diǎn)壓力消失，相對(duì)位置不再受到限制，在較輕微的振動(dòng)、沖擊等外界環(huán)境影響下，動(dòng)簧片的相對(duì)位置即發(fā)生改變，動(dòng)簧片與常閉分離，表現(xiàn)出該組常閉觸點(diǎn)不通現(xiàn)象。經(jīng)機(jī)理分析，屬于個(gè)別失效問(wèn)題。

隨機(jī)抽取本批22只同型號(hào)繼電器經(jīng)過(guò)開(kāi)蓋分析，發(fā)現(xiàn)5只繼電器內(nèi)部使用的聚酰亞胺薄膜存在燒蝕碳化現(xiàn)象，見(jiàn)下圖1。碳化層易脫落薄膜本體，構(gòu)成多余物，經(jīng)復(fù)查為批次性質(zhì)量問(wèn)題。

圖1 聚酰亞胺薄膜碳化圖示

2 問(wèn)題定位

根據(jù)故障現(xiàn)象，繪制故障樹(shù)如下圖2：

圖2 絕緣薄膜燒蝕問(wèn)題故障樹(shù)

因素X1: 聚酰亞胺薄膜自身質(zhì)量問(wèn)題；

因素X2: 繼電器殼體封裝時(shí)焊接高溫導(dǎo)致；

因素X3: 聚酰亞胺薄膜在使用過(guò)程中經(jīng)歷高溫?zé)g。

該聚酰亞胺薄膜是在繼電器殼體裝配時(shí)，安裝在殼體與減振簧片之間，起到潤(rùn)滑、導(dǎo)向作用，另外一個(gè)主要目的是防止裝配過(guò)程中，減振簧片與殼體裝配時(shí)發(fā)生刮蹭，從而產(chǎn)生金屬多余物。

由于在繼電器生產(chǎn)過(guò)程中，聚酰亞胺薄膜屬于零件單獨(dú)進(jìn)行配套，而且在裝機(jī)過(guò)程中有操作和檢驗(yàn)人員的雙重把關(guān)，因此可以排除聚酰亞胺薄膜零件本身存在燒蝕的情況，即排除故障因素X1。也就是說(shuō)，聚酰亞胺薄膜是在裝入繼電器殼體后，經(jīng)歷高溫灼燒而發(fā)生碳化。

該型號(hào)繼電器由國(guó)內(nèi)某元器件廠生產(chǎn)，原殼體封裝采用的焊接方式為釬焊，但釬焊過(guò)程需要釬劑參與，釬劑易飛濺，會(huì)產(chǎn)生多余物，非金屬多余物會(huì)對(duì)繼電器觸點(diǎn)造成斷路故障，金屬多余物會(huì)對(duì)繼電器造成斷路故障。由于繼電器內(nèi)各觸點(diǎn)的動(dòng)作幅度非常小，僅在微米級(jí)別，因此均在十萬(wàn)級(jí)潔凈廠房?jī)?nèi)進(jìn)行裝配和調(diào)試。如存在多余物，將會(huì)對(duì)器件帶來(lái)嚴(yán)重的質(zhì)量隱患。

本批繼電器殼體封裝采用的是激光焊接形式，在開(kāi)蓋檢查的22只繼電器中，發(fā)現(xiàn)5只繼電器內(nèi)部的聚酰亞胺薄膜被燒蝕。取出被燒蝕的聚酰亞胺薄膜測(cè)量對(duì)比，發(fā)現(xiàn)5只被燒蝕的薄膜(A型)明顯比另外17只產(chǎn)品的薄膜(B型、C型)長(zhǎng)約5mm，見(jiàn)下圖3。由于繼電器在印制板產(chǎn)品上的使用環(huán)境良好，不存在高溫的使用條件，且內(nèi)部工作電流均滿足繼電器的使用規(guī)范，不可能燒蝕內(nèi)部電路，且繼電器觸點(diǎn)上也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)燒蝕現(xiàn)象，因此排除故障因素X3。A型薄膜由于長(zhǎng)度距離激光封焊焊縫距離很近，激光焊接時(shí)產(chǎn)生的高能量將距離焊縫位置較近的聚酰亞胺薄膜燒蝕，形成碳化物，因此故障是由于因素X2造成。

A型 B型 C型

在開(kāi)蓋分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)聚酰亞胺薄膜存在三種狀態(tài)，具體情況見(jiàn)下表1，外形見(jiàn)圖3。

表1 聚酰亞胺薄膜使用狀態(tài)

在開(kāi)蓋分析時(shí)，出現(xiàn)燒蝕的聚酰亞胺薄膜技術(shù)狀態(tài)為未裁剪的95mm(A型)，其余兩種技術(shù)狀態(tài)未發(fā)現(xiàn)聚酰亞胺薄膜燒蝕現(xiàn)象。本批次繼電器產(chǎn)品共配套聚酰亞胺薄膜5500片，配套有兩種技術(shù)狀態(tài)，見(jiàn)下表2。對(duì)裝配過(guò)程復(fù)查，結(jié)果如下表3：

表2 聚酰亞胺薄膜配套狀態(tài)

表3 31200115批薄膜實(shí)際使用狀態(tài)復(fù)查

從復(fù)查結(jié)果看，在708#之前，實(shí)際使用的聚酰亞胺薄膜有A型、B型和C型三種狀態(tài)。因此，本批繼電器在708#之前的產(chǎn)品中存在95mm長(zhǎng)的聚酰亞胺薄膜被燒蝕的質(zhì)量隱患。

2011年底，該元器件廠技術(shù)部門(mén)對(duì)該薄膜零件的尺寸進(jìn)行了更改，A型更改為C型。本批繼電器于2012年1月份開(kāi)始配套零件，2月份零件齊套開(kāi)始裝配生產(chǎn)，但由于在薄膜設(shè)計(jì)更改過(guò)渡期間，配發(fā)到裝配車(chē)間的薄膜有A型和C型兩種狀態(tài)。設(shè)計(jì)人員只是口頭要求操作人員根據(jù)實(shí)際情況對(duì)薄膜進(jìn)行剪裁后(B型)繼續(xù)使用，存在處置隨意性。

綜上所述，繼電器內(nèi)聚酰亞胺薄膜被燒蝕是由于設(shè)計(jì)更改后，未及時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)使用的過(guò)長(zhǎng)薄膜進(jìn)行處理，導(dǎo)致A型薄膜仍然使用于產(chǎn)品內(nèi)，過(guò)長(zhǎng)的薄膜超出了內(nèi)側(cè)底板，靠近激光焊接位置而被高溫?zé)g。

3 機(jī)理分析

該元器件廠生產(chǎn)的此批繼電器采用了激光焊接方法替代原有釬焊方法進(jìn)行殼體封裝。聚酰亞胺薄膜材料的耐受溫度為400℃，由于釬焊熔化溫度在235℃左右，即使聚酰亞胺薄膜接觸到焊縫位置的高溫，也不會(huì)出現(xiàn)高溫碳化現(xiàn)象。

激光焊接是將具有優(yōu)異的方向性、高亮度、高強(qiáng)度、高單色性、高相干性等特點(diǎn)的激光束輻射至加工工件表面區(qū)域內(nèi)。激光束經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)聚焦后，其激光焦點(diǎn)的功率密度為104-107w/cm2，通過(guò)激光與被焊材料的相互作用，在極短的時(shí)間內(nèi)使被焊處形成一個(gè)能高度集中的熱源區(qū)，熱能使得被焊材料區(qū)域熔化后冷卻結(jié)晶形成一個(gè)牢固的焊點(diǎn)和焊縫。它具有能量密度高、熱輸入低、熔化區(qū)和熱影響區(qū)窄而熔深大，工件熱變形小，加熱和冷卻速度快，使得激光焊劑工件的力學(xué)性能與未焊材幾乎相同，其焊接部分拉伸強(qiáng)度等于甚至高于原材料。除此以外，激光焊接還可以用于微型焊接。激光束在經(jīng)過(guò)聚集后可獲得很小的光斑，且能精密定位，可應(yīng)用于大批自動(dòng)化生產(chǎn)的微、小型元件的組焊中。如元器件殼體封裝、集成電路引線、顯像管電子槍組裝等。這些焊接由于采用了激光焊接，不僅使生產(chǎn)效率大大提高，而且熱影響區(qū)小、焊點(diǎn)無(wú)污染，很難產(chǎn)生焊接多余物，大大提高了焊接的質(zhì)量。

激光焊接屬于熔焊，殼體材料熔化溫度約為1083℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于聚酰亞胺薄膜材料的耐受溫度。激光焊接為激光束發(fā)射后聚焦在焦點(diǎn)上形成高能量束，光斑直徑越小，能量越集中。激光封焊時(shí)溫度梯度及焊接軌跡見(jiàn)下圖4所示(假設(shè)激光焊縫為線熱源，溫度呈高斯分布)。光斑焦距核心區(qū)域激光瞬間熔化金屬溫度達(dá)到1500℃左右，距離焦距核心區(qū)為2mm的位置，激光傳遞到該區(qū)域溫度已降低到600℃，距離焦距核心區(qū)為4mm，該區(qū)域溫度已降低到100℃。聚酰亞胺薄膜耐受溫度臨界線距離核心熔化區(qū)距離為2.8mm。

圖4 激光焦距與距離示意圖

繼電器殼體內(nèi)部聚酰亞胺薄膜包絡(luò)部分(距離封焊縫處)總長(zhǎng)度96.48mm，如薄膜長(zhǎng)度為95mm，則薄膜端部至焊縫的距離為(96.48-95)/2=0.74mm，因此薄膜邊緣約2-0.74=1.26mm處于600℃高溫區(qū)域，會(huì)出現(xiàn)高溫碳化現(xiàn)象；當(dāng)薄膜長(zhǎng)度更改為90mm后，則薄膜端部至焊縫的距離為(96.48-90)/2=3.24mm>2.8mm，薄膜邊緣溫度低于400℃，不會(huì)出現(xiàn)高溫碳化現(xiàn)象，同時(shí)該薄膜具有中心定位功能，不會(huì)出現(xiàn)向一側(cè)滑動(dòng)現(xiàn)象，即不會(huì)出現(xiàn)一側(cè)距離焊縫位置過(guò)近而被激光焊接高溫所燒蝕的情況。

因此，由于A型聚酰亞胺薄膜長(zhǎng)度較長(zhǎng)，薄膜邊緣處在激光焊接高溫區(qū)域，導(dǎo)致聚酰亞胺薄膜出現(xiàn)高溫碳化，被燒蝕的現(xiàn)象。將聚酰亞胺薄膜端部一小部分夾持在基座組合與罩殼配合間隙處，距離焊縫小于2.8mm，當(dāng)激光封焊后拆殼進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)聚酰亞胺薄膜出現(xiàn)被燒蝕現(xiàn)象，問(wèn)題得到復(fù)現(xiàn)。

4 啟示

該質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致了某產(chǎn)品型號(hào)兩個(gè)批套產(chǎn)品印制板返工返修，嚴(yán)重影響了型號(hào)的交付節(jié)點(diǎn)，造成直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)十萬(wàn)元。由于存在質(zhì)量隱患的繼電器無(wú)法開(kāi)蓋返修，因此對(duì)該元器件廠造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失多達(dá)幾百萬(wàn)元。小小的聚酰亞胺薄膜卻造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失，教訓(xùn)深刻。

1)必須冷靜對(duì)待技術(shù)創(chuàng)新。新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用能帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效益以及質(zhì)量提升，本身不存在危害，但往往由于人們對(duì)新技術(shù)、新工藝的認(rèn)識(shí)不到位，沒(méi)有進(jìn)行有效的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，最后評(píng)審沒(méi)有把好關(guān)就會(huì)造成新的質(zhì)量隱患。該問(wèn)題就是由于釬焊工藝方法更改為較先進(jìn)的激光焊接方法，原本以為可以減少多余物，卻忽視了激光的高溫影響。因此，把好技術(shù)、質(zhì)量評(píng)審這一關(guān)對(duì)于型號(hào)質(zhì)量管理尤為重要，不能盲目熱衷新技術(shù)，要冷靜對(duì)待。

2)工藝技術(shù)人員缺乏質(zhì)量意識(shí)。該元器件廠的操作人員反饋了該聚酰亞胺薄膜過(guò)長(zhǎng)不便于裝配的問(wèn)題，而技術(shù)人員卻忽視了該問(wèn)題，隨意指揮，并沒(méi)有按工藝更改程序處理該問(wèn)題，造成了批次性質(zhì)量問(wèn)題。因此不斷強(qiáng)化質(zhì)量意識(shí)對(duì)于批產(chǎn)型號(hào)的管理有著更為重要的意義，也是降低風(fēng)險(xiǎn)的有力措施。

5 結(jié)論

生產(chǎn)任務(wù)量大、生產(chǎn)節(jié)奏快、外協(xié)單位多是型號(hào)產(chǎn)品批產(chǎn)后的特點(diǎn)，如何控制好產(chǎn)品質(zhì)量，將成為質(zhì)量管理的重中之重。通過(guò)該繼電器批次性質(zhì)量問(wèn)題的警示，再次告誡我們要加強(qiáng)質(zhì)量意識(shí)，對(duì)于新技術(shù)、新工藝在成熟產(chǎn)品上的應(yīng)用更要加嚴(yán)審核，充分進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、試驗(yàn)驗(yàn)證后才能實(shí)施，將風(fēng)險(xiǎn)降低到最小，嚴(yán)格保證型號(hào)產(chǎn)品的可靠性。

2015-09-02

10.3969/j.issn.1000-6133.2015.05.006

TN784

A

1000-6133(2015)05-0021-04