原创 生产环境对电源产品可靠性的影响

    在现在社会，AC/DC转换、DC/DC转换已逐渐成为模块化产业，也逐步成为各种电子设备、自动控制设备的重要组成部分，AC/DC电源模块及DC/DC电源模块的质量及可靠性也在很大程度上影响着整个设备的可靠性、失效率及维修率。

    影响电源产品可靠性的有设计、工艺、管理、测试及手段、来料等因素，这些方面都是各电源模块生产及使用厂家关注的方面。事实上，电源模块的可靠性除了要确保各项性能指标的优化，还要确保电源模块的生产环境是洁净有序的，有良好的静电防护措施，有适当的温度及湿度，只有在这样的条件下生产的电源模块才真正称得上是可靠性高的电源产品。

    随着社会的不断进步，电子设备在工业化生产、交通运输、通信等各领域发挥着越来越大的作用，电子设备的可靠性在一定程度上也决定了各项经济活动的有效运行，而电源模块虽然在电子设备中所占的成本很低，但可称为电子设备的“心脏”，电源模块失效直接就可能导致电子设备的瘫痪，造成不可挽回的损失。

    一、静电防护：

    元器件在制造、存储、运输及装配过程中，由于仪器设备、材料及操作者的相对运动，均有可能因摩擦而产生静电电压，当器件与这些带电体接触时，带电体就会通过器件放电，引起器件失效。

    现代的集成电路大多数采用MOS电路，而电源模块中大多也使用了MOS管及集成电路芯片。在电源模块的生产中如不注意静电防护，往往会导致较高的元件坏品率。即使经过测试合格的产品，也可能在生产制造过程中，因静电而对MOS管及集成电路芯片造成轻微的损伤，从而影响电源模块的寿命及可靠性。在生产环境中引入静电防护系统（采用人体防静电接地、地坪防静电接地和操作装置、仪器的防静电接地等方式）后，则可以有效避免对MOS管及集成电路芯片造成的损伤。电子元器件防静电损伤是一项复杂的系统工程，它贯穿于系统或设备研制与生产的全过程。从元器件采购、包装、运输、库存、安装、调试、试验直至用户使用，全过程、全方位、全员都应遵循防静电损失的一系列相关措施。防护是一个系统工程，要有设备的投入、人员的投入以及有效的管理和制度。由此可见，一个静电防护系统的好坏，直接反映出一个企业的品质管理水平，是一个企业实力的展现。

    二、湿度：

    潮湿能渗入多孔性材料内，造成导电体之间漏电通路，产生氧气，零部件吸潮使绝缘电阻降低，隔离耐压能力下降。然而过度的干燥也会使某些材料变脆、表面粗糙，甚至产生静电。故生产环境对电源的可靠性也会产生一定的影响。

    大多数电源模块的生产都是将元件焊在小块的PCB板（印刷电路板）上，然后将小块的PCB板用树脂灌封到外壳中。在生产过程中，如生产环境湿度较高，尤其是南方多雨季节时，空气中的水分就会凝结到PCB板及元件上，即使在用树脂灌封时，通过真空除泡工艺除去气泡，也无法将PCB板及元件上的水分去除。当电源模块工作在较高的环境温度时，PCB板及元件上的水分汽化膨胀，导致电源模块出现裂痕，拉断内部的变压器线，或引入外界的湿气，腐蚀电源模块内部的元件或造成模块内部的电路短路。对于隔离电压要求较高的场合，PCB板及元件上的水分也会降低电源模块的隔离能力，甚至造成初次级间的击穿，出现严重后果。

    过低的湿度也会使空气中漂浮太多的粉尘，影响电源模块的品质。过低的湿度也会因人员的走动产生静电电荷，即使通过静电防护系统的保护，也可能造成元器件的静电损伤或软击穿，造成同前面讲述同样的后果。

    在生产环境中引入空调系统、抽湿系统，可以使生产环境的湿度保持一个合适的水平，避免因水分凝结或空气过分干燥而对电源模块可靠性造成不良的影响。

    湿度对产品的影响

    空气中的水分浸入树脂中

    加热初期，微量的水蒸气压力造树脂接口的分层现象

    水蒸气的压力随着焊接温度升高，使树脂膨胀

    水蒸气透过封装裂痕排出，造出产品不良现象。

    湿度对产品的影响

    空气中的水分浸入树脂中

    加热初期，微量的水蒸气压力造树脂接口的分层现象

    水蒸气的压力随着焊接温度升高，使树脂膨胀

    水蒸气透过封装裂痕排出，造出产品不良现象。

    三、温度：

    生产环境的温度同样需要严格控制。高温、低温对元器件均会有不同程度的影响。

    3.1高温

    高温环境会使电源内的电阻、电感、电容、电功率系列等电性能参数发生变化，使绝缘子变软从而造成绝缘失效；活动性元件可能因膨胀卡死而使结构失效，涂覆表面起泡，氧化和其他化学反应加速，润滑剂粘度降低和蒸发而丧失润滑性；由于物理膨胀而使活动部件的磨损增加及其结构强度下降等。

    3.2低温

    低温环境会使电源的塑料和橡胶失去柔性而变脆，有潮气时会出现结冰，润滑剂变成胶质且变粘而失去润滑性；涂覆表面龟裂；由于物理性收缩而使结构失效，改变电和机械功能等。

    3.3温度控制

    电源模块，尤其是小体积的1W、2W电源模块，往往采用内径小于5mm的磁环绕制变压器，绕制这类变压器只能用手工生产，在生产温度较高时，生产员工手掌会出汗，在绕制变压器时，手上的汗会留在变压器上，其中的水分及盐分会对变压器的漆皮造成损伤，降低变压器的绝缘能力，会对电源模块的可靠性造成潜在的影响。

    在生产车间安装空调调温系统，保证车间温度维持在26度左右，使生产员工有一个清凉舒适的环境，才能生产出品质可靠的电源模块产品。

    四、粉尘：

    较多的粉尘会擦伤电源、磨损精加工表面，造成气孔堵塞，润滑剂被污染，绝缘件污染，产生电晕通路，使电性能降低。

    如生产环境不清洁，空气中飘浮的灰尘落在PCB板上，元件虚焊、假焊的情况会大大增加，不但对产品的生产合格率造成一定影响，也会对产品的可靠性及产品的寿命造成一定影响。

注重生产环境的清洁，搞好5S管理，是确保生产出合格、可靠产品的一个保证。

    北方的天气沙尘、粉尘较南方厉害，故需更加注意控制，可采用空气过滤、密封、排烟系统等方法加以解决。

    五、储存和保管

    储存和保管不当是造成元器件可靠性降低或失效的另一个重要原因，必须给予重视并采取相应的措施。如货仓的温度和湿度应控制在规定范围内，使用防潮箱，注意防潮、防静电，不应使有害气体存在，并定期进行重检。

    存放器件的容器应采用不易带静电及不易引起元器件化学反应的材料制成，定期检查敏感的元器件等。

    电子原材料搬运及取放还应注意轻拿轻放，陶瓷电容、磁性材料等都是易摔裂的原材料，使用及搬运时尤其应注意。

    综上所述，生产环境的管理是电源模块可靠性的一个重要保证，这些管理需要企业人力、物力的投入，需要将各项管理措施落到实处，而不是只写在纸上，讲在会上，贴在墙上。

    生产环境的管理水平，集中体现了一个电源模块制造企业的生产能力及生产实力，只有靠品质生存的企业才是真正基业长青的企业。

    在人们日益依赖现代科技，作为电子设备的能量来源，电源，已成为电子系统中非常重要甚至是最为关键的元件，电源模块可靠性也日益引起各电子设备生产厂家的重视，这也对电源模块的生产厂家提出了更高的要求，生产环境的评估、生产管理的评估也被列为供应商评估的重要内容。