平板电源超薄变压器失效模式分析和改进

1、平板电源超薄变压器平板电源超薄变压器 失效模式分析与选型改进失效模式分析与选型改进 质量管理部质量管理部 王磊王磊 2014年年12月月 目录目录 1 、 问题提出问题提出 2 、 失效模式及分析失效模式及分析 3 、 改善措施改善措施 5、 结论结论 4 、 改善效果改善效果 近年来，随着家电技术的扁平化发展和成本竞争，电源变压器出现了近年来，随着家电技术的扁平化发展和成本竞争，电源变压器出现了 更加超薄的趋势，更加超薄的趋势，为适应超薄化的要求，降低成本，所有绕组必须绕制在为适应超薄化的要求，降低成本，所有绕组必须绕制在 槽宽一个只有不足槽宽一个只有不足5毫米骨架槽内的，绕组间的绝缘只有靠

2、三层绝缘线和毫米骨架槽内的，绕组间的绝缘只有靠三层绝缘线和 漆包线自身的绝缘强度来保证，这样势必带来和以前漆包线自身的绝缘强度来保证，这样势必带来和以前CRT电视的传统变压电视的传统变压 器完全不一样制约和问题，器完全不一样制约和问题，CRT电视电源空间较大，因此变压器有足够的电视电源空间较大，因此变压器有足够的 空间距离来保障绝缘强度。如前空间距离来保障绝缘强度。如前6mm后后3mm无纺带绝缘。而无纺带绝缘。而LED电视空间电视空间 较小，因此变压器只能依靠材料，如采用三层绝缘线来满足电气绝缘。较小，因此变压器只能依靠材料，如采用三层绝缘线来满足电气绝缘。 问题提出问题提出 CRT变压器的绝

3、缘方式变压器的绝缘方式LED变压器的骨架结构变压器的骨架结构 事实证明经过事实证明经过1年多使用，几乎每个供应商的部分变压器产品在平板电年多使用，几乎每个供应商的部分变压器产品在平板电 视的生产和销售环节都出现安全性击穿不良、产品开路性早期失效现象。视的生产和销售环节都出现安全性击穿不良、产品开路性早期失效现象。 特别是耐压击穿，涉及到平板电视的整机市场安全风险，严重制约了产品特别是耐压击穿，涉及到平板电视的整机市场安全风险，严重制约了产品 的高质量生产和市场信誉。的高质量生产和市场信誉。 因此，超薄变压器的失效分析与改进无疑是一个急需解决的难题！因此，超薄变压器的失效分析与改进无疑是一个急需

4、解决的难题！ 问题提出问题提出 目录目录 1 、 问题提出问题提出 2 、 失效模式及分析失效模式及分析 3 、 改善措施改善措施 5、 结论结论 4 、 改善效果改善效果 超薄变压器的三种失效模式及分析超薄变压器的三种失效模式及分析 模式一：三层绝缘线损伤击穿性失效模式一：三层绝缘线损伤击穿性失效 模式二：三层绝缘线焊接热熔损性失效模式二：三层绝缘线焊接热熔损性失效 模式三：防潮试验后击穿性失效模式三：防潮试验后击穿性失效 模式模式一：三层绝缘线损伤击穿性失效一：三层绝缘线损伤击穿性失效 前言：LED电视批量生产的过程中，多家供货商产品都 不同程度的出现了耐压不良的情况，经核实属于变压器 绕

5、组组间耐压击穿失效。（如下图1、2、3） 此处三层绝缘此处三层绝缘 线烧黑线烧黑 此处三层绝缘此处三层绝缘 线烧黑线烧黑 此处三层绝缘此处三层绝缘 线烧黑线烧黑 此处变压器打火超此处变压器打火超 漏漏 此处三层绝缘线烧此处三层绝缘线烧 黑黑 现象：现象：上上图图显示显示N6-5绕组的起头部位三层绝缘线烧黑击穿点绕组的起头部位三层绝缘线烧黑击穿点 分析：操作工在线包绕制操作过程中，压线时夹线的镊子的将三层绝缘分析：操作工在线包绕制操作过程中，压线时夹线的镊子的将三层绝缘 线刮伤，再通过多次高压后打火将三层绝缘线受伤处击穿线刮伤，再通过多次高压后打火将三层绝缘线受伤处击穿 击击 穿穿 性性 失失

6、效效 1 击击 穿穿 性性 失失 效效 2 三层绝缘线烧黑三层绝缘线烧黑 现象：现象：N6-5线圈的中部烧黑击穿点线圈的中部烧黑击穿点 分析：由于第一站必须整齐密绕，因排线不齐，三层绝缘线重复绕线导分析：由于第一站必须整齐密绕，因排线不齐，三层绝缘线重复绕线导 致绝缘层受损所致致绝缘层受损所致。 现象：现象：产品产品N1绕组出线弯折处三层绝缘线有击穿损伤，导致产品与绕组出线弯折处三层绝缘线有击穿损伤，导致产品与 N2绕组耐压通不过绕组耐压通不过 分析：由于此类骨架绕线槽深，分析：由于此类骨架绕线槽深， N1绕组作业时需用剪刀背部去固定绕组作业时需用剪刀背部去固定 出线，操作过程中容易将三层绝缘

7、线绝缘皮按伤，导致不良发生出线，操作过程中容易将三层绝缘线绝缘皮按伤，导致不良发生 击击 穿穿 性性 失失 效效 3 刮伤刮伤 痕迹痕迹 模式二：三层绝缘线焊接热熔损性失效模式二：三层绝缘线焊接热熔损性失效 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 2011年7月 2011年8月 2011年9月 2011年10月 2011年11月 2011年12月 2012年1月 2012年2月 2012年3月 2012年4月 2012年5月 2012年6月 2012年7月 2012年8月 2012年9月 2012年10月 2012年11月 2012年12月 11003877变压器失效变压器失效

8、数量数量 失效数量失效数量 LED电视在客户端使用环节产品出现开路性早期失效，趋势图如下电视在客户端使用环节产品出现开路性早期失效，趋势图如下： 模式二：三层绝缘线焊接热熔损性失效模式二：三层绝缘线焊接热熔损性失效 现象：现象：经解剖不良品发现线圈有融损性开路，经解剖不良品发现线圈有融损性开路，如上图如上图所所示示 分析：为焊锡时间过长造成引线线径变细（无铅焊锡具有分析：为焊锡时间过长造成引线线径变细（无铅焊锡具有 较强的吃铜现象，焊锡时间长或温度高极易将溶解）但未较强的吃铜现象，焊锡时间长或温度高极易将溶解）但未 直接直接开开路，在长期潮湿或高温环境下逐步加重形成开路。路，在长期潮湿或高温环

9、境下逐步加重形成开路。 另外还有一种因焊接导热引出端外层皮损，而交叉的引线另外还有一种因焊接导热引出端外层皮损，而交叉的引线 间出现击穿短路性失效间出现击穿短路性失效 此 处 三此 处 三 层 绝 缘层 绝 缘 线 融 损线 融 损 烧黑烧黑 LED电视潮热试验电视潮热试验 温度温度40 相对湿度相对湿度93% 时间时间96H 现象现象 单台耐压失效，经单台耐压失效，经 解剖发现变压器芯解剖发现变压器芯 包内部有耐压击穿包内部有耐压击穿， 模式三：防潮试验后击穿性失效模式三：防潮试验后击穿性失效 分析推断分析推断 由于个别变压器线包由于个别变压器线包防潮漆含浸不充分防潮漆含浸不充分经温湿试验后

10、线包经温湿试验后线包 内部有水珠产生，水珠位置的漆包线正好有针孔，这样水内部有水珠产生，水珠位置的漆包线正好有针孔，这样水 珠成为了珠成为了N1与与N2两个绕组之间的导体，经过高压测试，击两个绕组之间的导体，经过高压测试，击 穿了此位置的胶带和三层绝缘线，造成高压不良，由于胶穿了此位置的胶带和三层绝缘线，造成高压不良，由于胶 带和三层绝缘线已经被破坏，因此产品烘干后，高压测试带和三层绝缘线已经被破坏，因此产品烘干后，高压测试 仍是耐压不良。仍是耐压不良。 此处线此处线 包击穿包击穿 目录目录 1 、 问题提出问题提出 2 、 失效模式及分析失效模式及分析 3 、 改善措施改善措施 5、 结论结

11、论 4 、 改善效果改善效果 改善措施改善措施 设计设计 检查检查 材料材料 操作操作 工艺工艺 设计设计 工艺工艺材料材料 检查检查操作操作 改善前（绕组间无胶带隔离改善前（绕组间无胶带隔离） a:在初次级之间增加绝缘隔离胶带，避免初次级直接接触导致击穿的现象。在初次级之间增加绝缘隔离胶带，避免初次级直接接触导致击穿的现象。 原理图如下：原理图如下： 改善改善后后（绕组间（绕组间加加胶带隔离胶带隔离） 设计设计 工艺工艺材料材料 检查检查操作操作 a:在初次级之间增加绝缘隔离胶带，避免初次级直接接触导致击穿的现象。在初次级之间增加绝缘隔离胶带，避免初次级直接接触导致击穿的现象。 效果图如下：

12、效果图如下： 改善前绕组未加隔离胶带改善前绕组未加隔离胶带 改善后绕组增加隔离胶带改善后绕组增加隔离胶带 设计设计 工艺工艺材料材料 检查检查操作操作 b:三层绝缘线焊锡时引线高温受损，在与次级交叉点绝缘强度有所三层绝缘线焊锡时引线高温受损，在与次级交叉点绝缘强度有所 下降导致耐压报警下降导致耐压报警;同时三根三层绝缘线交叉于一点造成积压，促使同时三根三层绝缘线交叉于一点造成积压，促使 绝缘性能降低绝缘性能降低 将引出端有交叉引出线将引出端有交叉引出线 加套管增强绝缘加套管增强绝缘 设计设计 工艺工艺材料材料 检查检查操作操作 b将引出端有交叉引出线加套管增强绝缘将引出端有交叉引出线加套管增强

13、绝缘 示意图如下：示意图如下： 改善前（绕组引出端未全部加套管）改善前（绕组引出端未全部加套管）改善改善后后（绕组引出端全部加套管）（绕组引出端全部加套管） 今年初今年初11005552扩点制样过程发现首家规格书同一个绕组漆包线首尾直接交叉，扩点制样过程发现首家规格书同一个绕组漆包线首尾直接交叉， 线径又比较粗，焊锡时热传导作用可能会造成漆包线漆膜损伤，导致同一绕组首线径又比较粗，焊锡时热传导作用可能会造成漆包线漆膜损伤，导致同一绕组首 尾短路，有品质隐患（如下图），尽管这是一款尾短路，有品质隐患（如下图），尽管这是一款EFD磁芯结构的谐振变压器，增磁芯结构的谐振变压器，增 加套管会有焊接浮高

14、问题，但为可靠性起见，之后反馈开发通知供应商必须更改，加套管会有焊接浮高问题，但为可靠性起见，之后反馈开发通知供应商必须更改， 后续各厂家都已更改后续各厂家都已更改 设计设计 工艺工艺材料材料 检查检查操作操作 C:同时将骨架引线槽同时将骨架引线槽边缘锐角改成圆弧状边缘锐角改成圆弧状，减少对三层绝缘线，减少对三层绝缘线 的摩擦等，有效改善三层绝缘线的耐压问题的摩擦等，有效改善三层绝缘线的耐压问题 a:更改绕制手法，更改绕制手法，N1绕组（绕组（7-8）出线时先将引线挂在）出线时先将引线挂在PIN10上，再包外围胶带，上，再包外围胶带， 待胶带包完后再将出线拉回至待胶带包完后再将出线拉回至8脚；

15、脚；2.N4绕组（绕组（10-9）也采用相同的方法，起绕）也采用相同的方法，起绕 时先将时先将10脚线挂在脚线挂在9脚上，绕完后先包胶带，再将引线拉回脚上，绕完后先包胶带，再将引线拉回10脚上，然后再把出脚上，然后再把出 线挂在线挂在9脚上；按上述工法就不需要用工具去压线了，避免线受损而引起耐压不脚上；按上述工法就不需要用工具去压线了，避免线受损而引起耐压不 良。（且工艺单注明不能用剪刀压线）良。（且工艺单注明不能用剪刀压线） 操作操作 材料材料 检查检查设计设计 工艺工艺 b:使用三层绝缘线的产品全部使用自动焊锡设备，取消手工塘锡使用三层绝缘线的产品全部使用自动焊锡设备，取消手工塘锡 焊接工

16、艺，避免三层绝缘线焊锡时手工操作，焊锡时间稍长、焊焊接工艺，避免三层绝缘线焊锡时手工操作，焊锡时间稍长、焊 锡位置浸入锡液过深导致引线受损，另外返工产产品也严格规定锡位置浸入锡液过深导致引线受损，另外返工产产品也严格规定 重焊重焊次数（最多次数（最多2次）和次）和重重焊焊时间，另外最好采用焊接前剥皮工艺时间，另外最好采用焊接前剥皮工艺 改善后（自动搪锡焊接）改善后（自动搪锡焊接）改善前（手工搪锡焊接）改善前（手工搪锡焊接） VS 操作操作 材料材料 检查检查设计设计 工艺工艺 c: 将常规变压器通常使用将常规变压器通常使用的半自动的半自动型绕线机线圈绕制（手工控制绕型绕线机线圈绕制（手工控制绕

17、 线幅宽，易擦伤三层绝缘线），改用使用线幅宽，易擦伤三层绝缘线），改用使用CNC自动绕线机绕制，设备自动绕线机绕制，设备 自动固定绕线幅宽，防止擦伤有效改善了耐压问题自动固定绕线幅宽，防止擦伤有效改善了耐压问题， CNC自动绕线自动绕线 操作操作 材料材料 检查检查设计设计 工艺工艺 d:为增强变压器防潮绝缘性能，变压器绝缘漆含浸全部采用真空含浸设备，为增强变压器防潮绝缘性能，变压器绝缘漆含浸全部采用真空含浸设备， 取消原有普通含浸工艺，确保变压器线包充分浸润漆液，同时对真空浸漆从取消原有普通含浸工艺，确保变压器线包充分浸润漆液，同时对真空浸漆从 原来的抽真空气压原来的抽真空气压60cm/Hg

18、改为改为72cm/Hg，使漆液能充分压入线包内，且漆，使漆液能充分压入线包内，且漆 液浓度由原来的用液浓度由原来的用4#弗特杯测量弗特杯测量13秒，调整为秒，调整为15秒，以增强其绝缘强度。秒，以增强其绝缘强度。 普通含浸普通含浸真空含浸真空含浸 VS 操作操作 材料材料 检查检查设计设计 工艺工艺 工艺工艺设计设计检查检查材料材料操作操作 a: 对夹线使用的镊子尖头部分缠绕胶布保护，减少加工过程中对夹线使用的镊子尖头部分缠绕胶布保护，减少加工过程中 镊子尖端部分损伤三层绝缘线，同时要求操作人员定期及时更换镊子尖端部分损伤三层绝缘线，同时要求操作人员定期及时更换 防护胶布防护胶布 b:压线治具

19、将镊子改为塑料棒，同时用胶布防护压线治具将镊子改为塑料棒，同时用胶布防护 改善前（用金属镊子）改善前（用金属镊子）改善后改善后 （用塑料棒用塑料棒） 工艺工艺设计设计检查检查材料材料操作操作 c: 线圈绕制时首先在三层绝缘线引出口注意加套管保护线圈绕制时首先在三层绝缘线引出口注意加套管保护 绝缘线引出时需要绝缘线引出时需要 加套管保护加套管保护 工艺工艺设计设计检查检查材料材料操作操作 使用使用CNC自动绕线机绕制时控制绕组宽度，三层自动绕线机绕制时控制绕组宽度，三层 绝缘线在进入骨架前一段加套管，即使有摩擦也绝缘线在进入骨架前一段加套管，即使有摩擦也 是在套管上，有效防止绝缘线擦伤产生是在套

20、管上，有效防止绝缘线擦伤产生 绝缘线加套管防护绝缘线加套管防护 CNC绕线机控制绕组宽度绕线机控制绕组宽度 工艺工艺设计设计检查检查材料材料操作操作 工艺工艺设计设计检查检查操作操作 材料材料 改善使用材料，三层绝缘线优选性能优良的日本改善使用材料，三层绝缘线优选性能优良的日本 古河古河/韩国韩国COSMOLINK进口材料进口材料,同时对三层绝缘同时对三层绝缘 线强化开展针孔、耐电压、耐焊接热测试等进料线强化开展针孔、耐电压、耐焊接热测试等进料 检验，上线都加强检查检验保证材料安全检验，上线都加强检查检验保证材料安全 检查检查工艺工艺材料材料设计设计操作操作 a.修改耐压测试站作业指导书，将耐

21、压时间由修改耐压测试站作业指导书，将耐压时间由1S增加至增加至2S。 此 处 拉 弧 电此 处 拉 弧 电 流为流为10mA 改善前（人工表笔点测）改善前（人工表笔点测） 改善后（治具改善后（治具+综测试仪）综测试仪） b.取消人工点笔式手工测试，全部采用取消人工点笔式手工测试，全部采用设备和全测试夹具设备和全测试夹具测试！避免测试！避免 漏测和误测漏测和误测 c.耐压拉弧耐压拉弧ARCing电流由电流由15mA改为改为10mA，提高检出率，避免绝缘层破，提高检出率，避免绝缘层破 损的现象流到下道工序损的现象流到下道工序； 检查检查工艺工艺材料材料设计设计操作操作 d、设立严格的外观检验可视化

22、标准（见图），指导三检（自检、设立严格的外观检验可视化标准（见图），指导三检（自检、 互检、巡检）、重点加强互检、巡检）、重点加强IPQC巡检监督，巡检监督，IPQC对产线关键工序（如：对产线关键工序（如： 绕线、焊锡、测试等）的巡检频次，发现不良及时予以纠正和控制绕线、焊锡、测试等）的巡检频次，发现不良及时予以纠正和控制 目录目录 1 、 问题提出问题提出 2 、 失效模式及分析失效模式及分析 3 、 改善措施改善措施 5、 结论结论 4 、 改善效果改善效果 变压器编号变压器编号 改进前改进前 累积供货数累积供货数 累计累计 失效数失效数 失效失效 PPMPPM值值 改进后改进后 累积供货

23、数累积供货数 累计累计 失效数失效数 失效失效 PPMPPM值值 11004684197095735.519343700 110042172854214490.53569700 11004095117562325.55764200 1100409877628677.32994500 110040232843514492.429604300 1100436276119113.1542800 改善前后的效果对比改善前后的效果对比 通过以上设计和工艺制程的改善，截至目前近一年的使用，统计得通过以上设计和工艺制程的改善，截至目前近一年的使用，统计得 出的失效出的失效PPM值表，如下：值表，如下： 由上表可以看出，经过改善后的超薄变压器，在平板电由上表可以看出，经过改善后的超薄变压器，在平板电 视的制程和销售环节未出现一例开路和击穿性不良！视的制程和销售环节未出现一例开路和击穿性不良！ 2013 年年2014年年LED电视变压器耐压不良已实现电视变压器耐压不良已实现0PPM！ LED电视改用薄型化开关变压器，产品空间设计受限，供应商产品大电视改用薄型化开关变压器，产品空间设计受限，供应商产品大 量采用三层绝缘线控制芯包尺寸，量采用三层绝缘线控制芯包尺寸，2011年年-2012年变压器因三层绝缘年变