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瑞彩祥云

作者:陳明軒,張秀鳳,項永金時間:2019-08-12來源:電子産品世界收藏

  陳明軒,張秀鳳,項永金(格力電器(合肥)有限公司,安徽?合肥?230088)

本文引用地址:/article/201908/403617.htm

  摘?要:空調主板或顯示板上在實際應用過程反饋蜂鳴器發聲不良、工作失效問題突出,且大部分與蜂鳴器耐熱有關導致爲蜂鳴器耐熱性能低,通過對大量失效蜂鳴器分析及設計进行深入研究,发现蜂鸣器設計存在缺陷以及的選型存在問題,該缺陷主要集中在蜂鳴器塑殼兩個部分造成,主要質量投訴問題爲引腳與蜂鳴片接觸不良産生聲音嘶啞、無聲音、导致引脚下沉与蜂鸣片接触开路,通过重新設計蜂鸣器底部塑壳結構和的改善有效解決蜂鳴器耐熱性低問題。

  關鍵詞:;結構;引腳材質;塑殼熔化

  0 引言

  蜂鸣器—顾名思义, 它是一种能发出像蜜蜂一样喻叫声响,当然声音比蜜蜂叫声响得多的电子器件。由于它結構简单,体积小,耗电少,性能稳定,且能发出清脆悦耳的声音,在家用行业系统中应用非常普遍。

  目前, 空调主板使用的蜂鸣器几乎都采用压电陶瓷片。它是用钻铁酸铅材料冲压成圆片,进行高温烧结、涂银层等工艺处理,即具有压电效应。所谓压电效应是指压电陶瓷片在受力作用后, 其厚度上发生机械变形, 导致其表面上出现电荷或在其电极上产生电位差。陶瓷蜂鸣器主要是由压电陶瓷片即发生单元、金属片、电极、金属层、共振箱、外翠等构成, 如图1所示。

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  空调主板上使用的多为单面結構的发声单元, 即用一片圆形压电元件和金属片等合而成, 当把它们固定在一个腔体内, 就形成压电陶瓷蜂鸣器, 即蜂鸣器。

  1 工作原理

  蜂鸣器是利用压电效应工作的, 当一外加电压作用于压电元件的两个电极间时, 由于压电效应, 使陶瓷体产生机械形变效应, 形变的形状与外加电压有关。如果加上交变信号一般的蜂鸣器有一个直流变交流的電路,当陶瓷蜂鸣器体上加上与压电片的极化方向相同的电压时, 则极化强度增强,陶瓷片就沿径向伸长。反之, 当外加电压方向与陶瓷片极化方向相反时, 极化强度减弱, 脚瓷片就沿径向收缩。即形成所谓的“电致伸缩”现象。由于粘胶在陶瓷片上的金属片既不扩张也不收缩。当陶瓷片产生“电致伸缩”现象时, 整个发音元件就会出现上下彎曲, 即使陶瓷片的径向伸缩变为彎曲振动。当陶瓷片产生时大时小, 时上时下的振动, 并激励着周围的空气发出相应的声波, 当声波与共振箱体产生共振时, 即可听到较大的响声了。

  2 事件背景

  壓電式蜂鳴器是一种电声轉換器件,将压电材料粘贴在金属片上,当压电材料和金属片两端施加上一个电压后,因为压电效应,蜂鸣片就会产生机械变形而发出声响;其谐振频率较高,一般为2 000 Hz~4 000 Hz,而与蜂鸣片接触的引脚不管是圆形还是扁形,末端都是与蜂鸣片接触的,蜂鸣器受波峰焊高温影响底部塑壳出现熔化,引脚会存在向下沉的现象,由于蜂鸣片是已经固定在蜂鸣器內部的,当引脚下沉后就会出现与蜂鸣片接触不良或开路现象,造成声音小或无声音现象,问题急需进行分析研究解决。

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  3 壓電式蜂鳴器耐热性低塑殼熔化的失效原因及失效机理分析

  (1)壓電式蜂鳴器底部直接与PCB板接触,整个面完全贴合,在生产线锡炉的温度为270±5℃,过波峰焊时,锡炉的热量会聚积在蜂鸣器引脚插装的PCB板孔内,由于塑壳底部紧贴板面孔内的热量无法散发,蜂鸣器塑料底部凸台上没有气流通道,凸台与主板没有间隙,波峰焊焊接过程中产生的热气流没有排放通道,只能聚焦于焊点周围;紫铜材质导热性好,针脚受热后,温度直达塑壳,致使塑壳出现熔化现象。

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  蜂鸣器塑殼熔化与引腳材質同样有关,经过测试,引脚的材质为紫铜,而紫铜在一般的引腳材質中导热性相对较高,导热系数为386.4 W/(m·k),通过对各种铜类的导热性对比,发现紫铜的导热性最高,因此在过波峰焊时,锡炉的温度很快可以通过引脚传递到塑壳,而行业内塑壳为PBT材质,PBT的材质熔点为225℃~235℃,低于锡炉270±5℃,因此引脚的导热性能同样是塑殼熔化因素之一。

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  4 壓電式蜂鳴器耐热性低塑殼熔化解决方案

  (1)關于蜂鳴器引腳插裝孔的熱量散發不出去問題,通過將蜂鳴器塑殼底部開槽進行解決,底部開槽不影響性能,不影響裝配,在過波峰焊時,熱量通過底部的開槽散發出去,防止了底部溫度的聚積。

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  (2)引腳材質由紫铜改为磷青铜,引脚的导热性降低7.7倍,锡炉的温度不会很快被传到塑壳,且引脚过锡炉的时间约为3.5 s~5 s,理论上完全可以解决塑壳受热熔化问题。

  改变凸台結構和针脚材质,将塑壳底部凸台由平面更改为通槽(以引脚为中心并向两个方向延伸),具体結構更改点前后变化如图6和7。波峰焊接过程中热气能够从两个方向快速的给排出,降低塑壳在高热量环境中熔化风险;在不改变蜂鸣器原有性能的情况下,将针脚材质由导热性好的紫铜更改为不易发热的磷铜,规避高温快速的传递给塑壳导致塑殼熔化问题的发生。

  具体更改点:确定更改后的凸台結構,以引脚为中心并向两个方向延伸开槽,槽口深度控制在0.3cm~0.35cm,槽宽控制在0.7cm~0.71 cm。更改后的开槽凸台結構建立了热量流通渠道,使热量能够从設計的轨道快速的流出,降低塑壳及凸台高温环境中熔化风险。

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  5 整改效果评估及应用效果验证

  通过对蜂鸣器塑壳底部增加开槽以及引腳材質由紫铜改为磷青铜,进行引脚高温加锡焊接实验对比,如表2。通过表2的实验对比可以看出,引腳材質改为磷青铜的蜂鸣器明显比紫铜材质好,导热性慢,塑壳不容易熔化,整改有效。

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  6 壓電式蜂鳴器蜂鸣器抗耐热性失效整改总结及意义

  壓電式蜂鳴器內部蜂鸣片接触的引脚不管是圆形还是扁形,末端都是通过波峰焊锡炉焊接存在主板上的,那么引脚一边与高温锡炉接触一边是塑壳,在后续的失效整改中,导热性的因素需要完全考虑,以及器件插装孔内热量的散发方式,通过引腳材質和結構上的整改,能够有效解决塑壳耐热不足熔化问题,为今后的类似器件失效整改提供经验。

  致謝:感謝格力電器給我的平台讓我長期在電子生産過程中積累了寶貴的工作經驗,讓我結合實際對學習到的知識用于實際改善中,感謝出版社給予的機會將自己所積累的經驗發表,謝謝!

  參考文獻

  [1] 于天江.陶瓷蜂鸣器工作原理[J].摩托车,1996-09-15

  [2] 陈汉宁.一种新型蜂鸣器的設計[J].机电元件.2013-12-25

  作者簡介:

  陳明軒(1989-),男,助理工程師,主要研究方向:電子元器件失效分析。

  本文來源于科技期刊《電子産品世界》2019年第8期第65頁,歡迎您寫論文時引用,並注明出處



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