【關(guān)鍵詞】繞線片式電感器；漆包線；三防漆；失效分析

前言

電感用于儲(chǔ)能、濾波、限流等電路。線繞片式電感器是一種將漆包線繞制在鐵氧瓷體上的元件，具有Q值高、低電阻、體積小的特點(diǎn)，端電極結(jié)構(gòu)，適合高密度PCB表面貼裝。

PCB是重要的電子部件，實(shí)現(xiàn)電子元器件之間的電氣連接。板上元器件焊接、調(diào)試完成后會(huì)在表面噴涂或浸涂一層三防漆，用于保護(hù)元器件免受潮濕、灰塵、鹽霧等環(huán)境的侵蝕。但三防漆固化后，會(huì)因溫度變化產(chǎn)生應(yīng)力[1]，部分特殊結(jié)構(gòu)的元器件如硅基振蕩器、變壓器、電感等，會(huì)因累積的應(yīng)力而失效。

一、典型失效案例分析

某單位產(chǎn)品上使用0805封裝鐵氧體芯線繞片式電感器，電感器經(jīng)歷多輪溫度試驗(yàn)，再次通電測(cè)試發(fā)現(xiàn)電感呈現(xiàn)偶發(fā)開路的情況。

（一）外觀檢查

對(duì)失效樣品的外觀形貌進(jìn)行檢查，觀察結(jié)構(gòu)形式及其有無形變、表面有無外來物附著、鐵磁體有無開裂等情況。

該樣品為線繞片式電感器端，該電感可見2根引出端分別通過焊接方式固定于兩側(cè)端電極，合格樣品典型形貌見圖1所示。失效樣品頂部標(biāo)識(shí)清晰，端電極被焊料包裹，底部被三防漆填充，該三防漆呈較硬特征，見圖2、圖3所示。

（二）X射線檢查

通過非破壞的方式對(duì)失效樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)有無形變、漆包線有無損傷或缺口等。透視檢查發(fā)現(xiàn)：失效樣品的漆包線在左側(cè)端電極焊點(diǎn)處斷開，而且漆包線斷線處可以觀察到截面縮減的情況，即頸縮現(xiàn)象。

典型透視形貌見圖4所示。

（三）電性能測(cè)試

通過對(duì)失效樣品電性能進(jìn)行測(cè)試，確定失效樣品的失效特征和失效模式，測(cè)量失效樣品兩端的連通性，發(fā)現(xiàn)該失效樣品兩端呈開路狀態(tài)。

（四）掃描電子顯微鏡檢查

因漆包線表面被三防漆包裹，無法觀察到斷口形貌，故使用特有方法去除表面的三防漆及固定漆包線的膠狀物，將斷口暴露并檢查。

焊點(diǎn)斷口存在明顯的宏觀塑性變形形貌，微觀上斷口呈纖維狀。見圖5～圖7所示。

測(cè)量斷線的漆包線端頭與右側(cè)端電極的連通性，兩端為導(dǎo)通狀態(tài)，說明該失效樣品開路部位僅有1處，即左側(cè)漆包線與端電極焊點(diǎn)處。

（五）原因分析

該片式繞線電感器因漆包線與端電極焊點(diǎn)處斷開而導(dǎo)致開路失效。

失效樣品底部漆包線與端電極焊點(diǎn)處被三防漆包裹，透視檢查發(fā)現(xiàn)漆包線在左側(cè)端電極焊點(diǎn)處斷開，斷口存在明顯的宏觀塑性變形形貌，說明漆包線所受應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度，微觀上斷口呈纖維狀，這是塑性變形過程中微裂紋不斷擴(kuò)展和相互連接造成的。

通過信息調(diào)研，該失效樣品焊接后噴涂三防漆，產(chǎn)品經(jīng)歷多輪高低溫變化試驗(yàn)，試驗(yàn)后該類型電感器多次出現(xiàn)偶發(fā)開路失效的現(xiàn)象。結(jié)合掃描電子顯微鏡形貌知道斷口形貌表明焊點(diǎn)處漆包線受到拉伸應(yīng)力，因三防漆的熱膨脹系數(shù)與漆包線不匹配，推斷該拉伸應(yīng)力可能與三防漆存在關(guān)系。

二、模擬試驗(yàn)

針對(duì)失效情況，對(duì)噴涂三防漆的樣品、未噴涂三防漆的樣品進(jìn)行相同的溫度試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)分析。

（一）樣品情況

共選取20只同型號(hào)電感，其中10只噴涂三防漆，定義為A組，另外10只不噴涂，定義為B組。

（二）溫度循環(huán)試驗(yàn)

對(duì)20只電感進(jìn)行溫度沖擊試驗(yàn)來評(píng)估高低溫交替沖擊下三防漆是否對(duì)漆包線產(chǎn)生應(yīng)力，試驗(yàn)采用空氣介質(zhì)法，溫度條件為-55℃～125℃，總共循環(huán)500次，每次時(shí)間15分鐘，轉(zhuǎn)換時(shí)間不超過30秒。試驗(yàn)后對(duì)電感進(jìn)行X射線檢查。

經(jīng)過500次循環(huán)試驗(yàn)后，A組（噴涂三防漆）電感有4只X射線檢查發(fā)現(xiàn)焊點(diǎn)處的漆包線出現(xiàn)頸縮變細(xì)及虛接現(xiàn)象，B組未發(fā)現(xiàn)漆包線出現(xiàn)異常形貌。

典型形貌見圖8～圖10所示。

（三）掃描電子顯微鏡檢查

使用掃描電子顯微鏡對(duì)A組電感（噴涂三防漆）試驗(yàn)后X射線檢查出現(xiàn)異常的漆包線進(jìn)行檢查：

漆包線在靠近端電極部位斷裂，斷面整體呈圓錐形，通過觀察，可以看到裂紋源區(qū)、裂紋擴(kuò)展區(qū)以及最后的瞬時(shí)破斷區(qū)，該形貌屬于典型的疲勞斷裂形貌，說明該處漆包線不斷地受到拉伸、壓縮應(yīng)力[2]。見圖11～圖12所示

（四）鍵合強(qiáng)度

任取3只A組（未發(fā)現(xiàn)頸縮）、B組的電感進(jìn)行鍵合拉力試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過500次溫度循環(huán)試驗(yàn)后，噴涂三防漆的電感漆包線拉力值明顯變小，鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表1。

（五）結(jié)果

通過對(duì)噴涂三防漆（A組）和未噴涂三防漆（B組）的20只樣品進(jìn)行相同的溫度循環(huán)試驗(yàn)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)噴涂三防漆的電感漆包線存在頸縮變細(xì)開路的情況，斷面呈圓錐形，存在明顯的疲勞受損區(qū)域[3]。

對(duì)A組中未出現(xiàn)頸縮的樣品及B組樣品進(jìn)行鍵合強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果表明噴涂三防漆的電感在經(jīng)過多次溫度循環(huán)試驗(yàn)后其強(qiáng)度變?nèi)酰滓驘崦浝淇s產(chǎn)生的拉伸及壓縮應(yīng)力而頸縮虛接甚至開路。

結(jié)論

針對(duì)繞線片式電感器端電極開路的失效原因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)端電極焊點(diǎn)處漆包線存在頸縮變細(xì)開路的特征，通過對(duì)電感裝焊工藝、使用環(huán)境等背景信息的調(diào)研以及漆包線斷面形貌的分析，判斷漆包線斷裂的原因可能與底部填充三防漆存在聯(lián)系。針對(duì)該種情況進(jìn)行模擬驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明漆包線開路斷裂與底部填充的三防漆存在直接關(guān)系，多次溫度試驗(yàn)后可以復(fù)現(xiàn)漆包線頸縮虛接情況，未出現(xiàn)頸縮的漆包線鍵合強(qiáng)度也會(huì)降低。

繞線片式電感器由于三防漆、漆包線的熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱率、抗交變應(yīng)變能力不同，經(jīng)多次高低溫、溫度循環(huán)等冷熱交替變化試驗(yàn)產(chǎn)生了應(yīng)力，漆包線多次受到了不同程度的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力后在端電極焊點(diǎn)處斷裂而開路。