毛毡环生产(浅谈贴片变压器的生产工艺)

Posted 2023-05-30

篇首语：青，取之于蓝而青于蓝；冰，水为之而寒于水。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了毛毡环生产(浅谈贴片变压器的生产工艺)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

毛毡环生产(浅谈贴片变压器的生产工艺)

随着电子技术进一步发展，电源模块必须具有高效率和高功率密度，以节省电源模块的空间、降低功耗和温升。磁性器件是电源模块的“心脏”，而采用传统的插针式结构无法解决目前电源模块高频化、高效率、高功率密度与热设计等技术瓶颈。对于在电源模块中占大体积的磁性器件必须采用贴片式新设计方案，减少电源模块的体积及提高电源模块的性能。

浅谈贴片变压器的生产工艺

黄兴高，王波，张放

（中兴通讯股份有限公司，广东，深圳 518000）引言

随着电子技术进一步发展，电源模块必须具有高效率和高功率密度，以节省电源模块的空间、降低

功耗和温升。磁性器件是电源模块的"心脏"，而采用传统的插针式结构无法解决目前电源模块高频化、

高效率、高功率密度与热设计等技术瓶颈。对于在电源模块中占大体积的磁性器件必须采用贴片式新设

计方案，减少电源模块的体积及提高电源模块的性能。

本文以二次电源模块所用的主变压器为案例，在生产过程及应用中出现的不良现象：如开路、短路、

耐压不良等，结合设计、生产工艺、材料、设备等方面来剖析其原因，并提出相关解决方案。

1 认识不良现象：开路、短路、耐压不良

开路：是指同一绕组线圈中的铜线路径断开，导致电流截止的现象。通常情况下，开路是因为绕线

张力过大、焊锡时间长导致铜线熔损或受外力导致铜线断裂所致，另焊锡时出现假焊虚焊时

也可能引起开路现象的发生；

短路：是指不同绕组或同一绕组在异常情况下发生短接，导致电流贯通而引起电性不良；通常

短路是同一绕组首尾线交叉相通或不同绕组相邻的两根线挤压相通、绕线线尾桥接至相邻

PIN 脚或焊锡连锡所致；耐压不良：绕组与绕组之间或绕组与铁芯之间无法承受测试电压而导致放电击穿的一种现象；一般

是因为铜线受损造成安全距离不足所致；

2 贴片变压器在生产中常见的异常描述在生产过程中导致贴片变压器出现开路、短路、耐压不良等异常现象的原因有很多。我们以 05E

系列贴片生产为例进行说明，其主要生产流程如下：绕线→焊锡→组装→点胶→烘烤→测试→平面

度检测→编带包装。但在实际生产过程中我们可以发现，其主要发生工序集中在绕线站和焊锡站，

其它站别所引起的不良均与本体受到外力损伤所致，并且可以通过改善绕线与焊锡作业方式，辅助

生产制程的优化改善来降低制程风险。下面以 05E 系列几种为例将在绕线与焊锡站引起的不良状况用图片进行展示说明，具体如下：

图一：开路图二：短路图三：耐压不良

从以上图表可看出，只有管控好绕线站与焊锡站，才能解决开路、短路、耐压不良等不良现象的发

生。

3 造成贴片变压器异常的原因与分析我们将从材料、设备、工装、人员及工艺方法等方面做简要分析与原因说明。以 05E 系列贴片

生产为例，该系列主要材料清单如下表如示：

产品骨架图如下：

从以上物料清单就可知道，其产品本体尺寸在 5mm 左右，引脚长度只有 0.5mm，铜线直径小于 0.1mm。

若采用传统工艺生产会非常的困难，下面对 3种不良发生的原因分别作剖析说明：

（1）开路不良

1.1) 绕线开路：绕线缠脚时铜线受力过大，有被 PIN 脚棱角割断线而无法完成缠脚动作，从

而导致缠脚圈数不足或直接发生断线开路的现象。这时需减小缠脚张力和缠脚速度以改善铜线

受力状况，确保缠脚不发生断线。

1.2）焊锡开路：我们知道锡有溶解铜（俗称"吃铜"）的现象，焊锡时间一长铜线就会变细

或被直接焊断引起开路，该型变压器铜线直径只有 0.08mm~0.09mm，因此焊锡时间必须进行严

格控制；另焊锡时间若不够又有可能引起虚焊假焊，导致 PIN 脚未上锡而引发的另一种开路现

象发生；

1.3）受高温开路：因铜线太细，产品过回流炉受高温时，产品材料会发生"热胀冷缩"现象，

引脚处的铜线在焊锡后变硬，抗形变性能降低，有发生断裂的隐患。因此在绕线时需对绕线张

力进行管控，避免铜线受力过大拉伸变细。在焊锡时除监控焊锡时间外还需监控焊锡深度，避

免焊锡过深导致铜线硬化发生受高温开路的情况。

1.4）其它开路：除在绕线和焊锡站引起的开路外，其它制程引发的开路通常是因为铜线或引

脚受到外力影响而造成铜线断裂导致，因此在制程管控中避免产品与产品之间，产品与外界物

体之间发生碰撞或摩擦是重中之重。

（2）短路不良

2.1）绕线短路：绕线缠脚线尾未按要求去除掉，导致线尾与相邻 PIN 脚相接，焊锡时连接在

一起而引发短路。

2.2）焊锡短路：除因为线尾问题引发的短路，焊锡站还可能因为 PIN 脚脱离锡面的速度、时

间与角度等参数没有配合好，导致相邻 PIN 脚有锡连接在一起而导致的短路。

2.3）熔损短路：通常是因为焊锡时间长，铜线导热引发漆皮受损而引起。

2.4）交叉短路：在绕线过程中，因线路交叉未进行有效隔离而引起短路事件发生。此点必须

对绕线工艺进行探究，避免线路交叉问题出现。

（3）耐压不良

3.1）材料耐压等级不足导致耐压不良：

3.1.1）普通 0.08mm~0.09mm 的铜线耐温最高只能到 260℃，而客户制程环境已到 260℃，因此选择使用该等级铜线不适合。

3.1.2）P180 线在焊锡时，助焊剂在挥发进入线包内后会腐蚀铜线，导致漆皮爆裂而针孔数

会增加，从而增加耐压不良风险。

3.2）绕线导致的耐压不良：

3.2.1）铜线在经过绕线路径时受损：铜线所经过路径必须经过陶瓷环、羊毛毡与导轮保护，

避免铜线与所接触物直接相摩擦导致受损而引起耐压不良发生；

3.2.2）张力控制：张力对排线平整度、出入槽位置准确性有直接影响。张力小会导致线包

大而影响后工序生产，张力过大会导致铜线拉伸变长，漆皮受损而导致抗耐压力下降；

3.2.3）导针位置控制：导针的高度、角度对铜线的漆皮受损程度也有直接影响，在绕线过

程中需确认导针不碰到骨架边缘和绕组线外，而需定期对导针本体进行监控，防止导针磨

损引起漆皮受损；

3.2.4）绝缘隔离胶带失效：层与层、绕组与绕组之间的绝缘胶带偏移导致铜线外漏或漏包

胶带引起的隔离胶带失效，也是导致绕线耐压不良的原因之一；

3.2.5）线尾引起耐压不良：绕线时线尾未去除掉，导致包在线包内，测试时对内放电引起

耐压不良；

3.3）焊锡导致的耐压不良：

3.3.1）焊锡短路引起的耐压不良；

3.3.2）焊锡引起漆皮熔损导致安规距离不足；

3.3.3）爆锡导致锡珠飞溅到线包内部或骨架上，导致安规距离不足而引起耐压不良；

3.4）产品传递过程中受外力破坏受伤而引起耐压不良；

4 贴片变压器利用新材料、新设备、新工艺进行改进为有效控制贴片变压器不良项目的发生，需采用以下新型生产工艺进行生产作业，具体如下：

4.1）新材料：4.1.1）改为新型铜线：应用环境要求严苛，产品必须确保在长期工作条件下性能稳定可靠，

同时无铅回流炉（260℃）的生产工艺，必须使用高安全等级的铜线才能满足要求。因此该选用 E180 铜线，E180 铜线与传统使用的 P180 铜线的参数对比如下：

产品代号 P180 E180

产品名称 Polysol 180 Estersol 180

概括说明改良聚氨酯聚酯亚胺

特性温度 370℃时直焊性佳，耐热性

高

高温下可焊，耐热性能高和优良的抗

化学品性

应用汽车用线圈(如继电器线圈和点

火线圈)、变压器、螺线管微型电机、微型变压器、汽车用线圈

温度指数 192℃ 195℃

软化击穿温度 230℃~260℃ 265℃~315℃

热冲击温度 210℃ 260℃

可焊性 2.0s / 390℃ 2.0s / 470℃

通过回流炉后两种铜线进行针孔测试效果照片如下：

4.1.2）修改骨架 PIN 脚长度，增加缠脚圈数，预留焊锡空间：

4.2）新设备：4.2.1）绕线设备升级及管控点：因产品尺寸及线材直径的限制，设备精度必须控制在 0.02mm

以下才能进行生产，通常普通精密绕线机的精度在 0.1mm 左右已无法满足要求，必须导入高精度精密绕线机才能实现，并需对以下几点进行管控：

a. 张力大小：铜线张力直接影响排线平整度、出入线槽位置、缠脚圈数及铜线受力大小；

b. 绕线速度：绕线及缠脚速度不可过高，避免铜线受力过大造成其拉伸变细而影响电性；

c. 导针高度：为确保排线的平整度，导针出线高度需尽可能抵近线包，防止铜线偏移；

d. 铜线路径检查：不定时对铜线所经过路径必须经过陶瓷环、羊毛毡与导轮进行检查。更

换线路后需点检确认；

e. 针孔管控：需每 2H 进行一次针孔测试，以便及时发现铜线漆皮受损隐患；

f. 设备检修：技术人员对实时追踪设备运行状况，并在保养调试后对产品做必要外观预测

试，确保无衍生品质隐患产生；

4.2.2）焊锡设备升级及管控点：要实现焊锡预留一圈的目标，除需要 0.02mm 以上高精度的焊锡运行精度外，还需对以下几点进行管控：

a. 焊锡温度：所用设备必须有精准控制温度的能力，其温度正负公差必须小于 10℃；b. 焊锡时间：因产品铜线直径只有 0.08mm~0.09mm，焊锡时间长铜线会变细或直接焊断路，

时间不够又可能引起虚焊假焊，焊锡时间不可超过 1秒；

c. 焊锡深度：铜线焊锡后会变硬，特别是细铜线受力抗形变力变得很差，在使用过程中经常有断线风险发生，因此如何控制精准控制焊锡深度变的尤为重要。为避免该品质风险，

焊锡的最佳效果是 PIN 脚引线预留一圈不上锡，使铜线保持其柔韧性；

d. 助焊剂浓度：在焊锡过程中，助焊剂也是影响焊锡效果的一个重要因子。助焊剂浓度太大，锡爬升会很快，无法控制焊锡深度，浓度太低，漆皮无法熔锡，因此必须对助焊剂的浓度进行

监管；

e. 锡面平稳：因焊锡要求精度在±0.1mm 以内，锡面的轻微抖动都有可能造成焊锡的不良，因此必须选用高精密度焊锡机且需增加防锡面抖动装置才能实现；

g. 锡成分监控：做过变压器的人都知道，锡会吃铜，焊锡时间越高，锡槽内的铜含量就越

高，而铜含量高，焊接效果会变差，一般正常情况下，锡铜含量比例在 0.3%~1.0%为宜。

因此建议根据实际情况不定期检测锡的成分变化情况，及时做出调整；

4.3）新工艺：4.3.1）优化出入线方式：

4.3.2）焊锡预留 1 圈作业，防止铜线硬化，保持铜线韧性：

4.3.3）增加隔离胶带，减少线交叉预计耐压不良：

4.3.4）组装段导入载板传递作业，减少产品取放时碰撞引起不可控因素：

5 结论采用新的材料，更高精度的设备，并且对工艺进行优化后，贴片变压器生产过程中的直通率由原来

的 96.7%上升到 98.5%，在模块电源上批量使用后，失效率由原来的 200PPM 降低到 42PPM。6 结束语

随着贴片变压器需求量的不断增加，变压器生产厂商必须对设备、材料、工艺等方面提出更加严格

的要求，才能把开路、短路、耐压不良等异常情况降至零，为整机厂商提供更加可靠的产品。这本身也

是对变压器制造业的又一次升级挑战。

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