電源適配器的焊點失效機(jī)理

隨著直插電源適配器（開關(guān)電源）組裝密度越來越高，承擔(dān)機(jī)械與電氣連接功能的焊點尺寸越來越小，而任意一個焊點的失效就有可能造成器件甚至開關(guān)電源的失效。因此，焊點的可靠性是電源適配器可靠性的關(guān)鍵之一。在實際中，焊點的失效通常由各種復(fù)雜因素相互作用引發(fā)，不同的使用環(huán)境有不同的失效機(jī)理，焊點的主要失效機(jī)理包括熱致失效、機(jī)械失效和化學(xué)失效等。
1.熱致失效：熱致失效主要是指由熱循環(huán)和熱沖擊引起的疲勞失效，高溫導(dǎo)致的失效同樣包括在內(nèi)。由于表面貼裝元件、PCB和焊料之間的熱膨脹系數(shù)不匹配，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化或者開關(guān)電源本身發(fā)熱時，焊點內(nèi)就會產(chǎn)生熱應(yīng)力，隨開關(guān)電源的間斷使用次數(shù)，應(yīng)力的周期性變化導(dǎo)致焊點的熱疲勞失效。
2.機(jī)械失效：機(jī)械失效主要是指由機(jī)械沖擊引起的過載與沖擊失效以及由機(jī)械振動引起的機(jī)械疲勞失效。當(dāng)電源適配器的印制電路組件受到彎曲、晃動或其他的應(yīng)力作用時，將可能導(dǎo)致焊點失效。一般而言，較小的焊點是電源組件中薄弱的環(huán)節(jié)。當(dāng)它連接柔性結(jié)構(gòu)有引腳的元件到PCB時，由于引腳可以吸收一部分應(yīng)力，故障點不會承受很大應(yīng)力。但是當(dāng)組裝大體積的器件后，當(dāng)電源組件受到機(jī)械沖擊時，例如，跌落或者PCB在后續(xù)的裝配和測試工序中受到了較大的沖擊或者擠壓彎曲，而器件本身的剛性又比較強(qiáng)時，焊點就會承受較大的應(yīng)力，導(dǎo)致焊點疲勞失效。即使當(dāng)這種應(yīng)力遠(yuǎn)低于屈服應(yīng)力水平時，也可能引起金屬材料疲勞，經(jīng)過大量小幅值、高頻率振動循環(huán)后，振動疲勞失效就會產(chǎn)生。盡管每次振動循環(huán)對焊點的破壞很小，但經(jīng)過很多次循環(huán)，將會在焊點處產(chǎn)生裂紋。隨時間的推移，裂紋還會隨循環(huán)次數(shù)的增加而蔓延。
3.電化學(xué)失效：電化學(xué)失效是指在一定的溫度、濕度和大氣壓條件下，由于發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而引起的失效。電化學(xué)失效的主要形式有導(dǎo)電離子污染物引起的橋連、枝晶生長、導(dǎo)電陽極絲生長和錫須等。離子殘留物與水汽是電化學(xué)失效的核心要素。殘留在PCB上的導(dǎo)電離子污染物，可能引起焊點間橋接。特別是在潮濕的環(huán)境中，離子殘留物是電的良好導(dǎo)體，它們能夠跨過絕緣間隙而形成短路。離子污染物可以由多種途徑產(chǎn)生，包括印制板制造工藝、焊料、手工操作污染或大氣中的污染。
在水汽和電流的綜合條件下，由于點解引起金屬從一個導(dǎo)體（陽極氧化成離子）向另一個導(dǎo)體（陰極）遷移，會發(fā)生外形象樹枝的金屬枝晶生長。這種失效機(jī)理能夠?qū)е露搪?、漏電和其他故障。“錫須”是在電源產(chǎn)品長期儲存、使用過程中在機(jī)械、濕度、使用環(huán)境等作用下，會在鍍錫層的表面生長處一些胡須形狀的錫單晶體，其主要成分是錫。

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UPS常見問題與解答
1為什么用UPS？UPS的作用是什么？
答：由于信息技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已成為人們生活和工作中不可或缺的部分，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字機(jī)房的供電可靠性已經(jīng)成為關(guān)鍵，而機(jī)房的可靠供電又是重中之重，UPS就是為了解決不間斷供電而設(shè)置的，UPS的三大基本功能：穩(wěn)壓，濾波，不可間斷。在市電供電時，它是穩(wěn)壓器和濾波器的作用，以消除或削弱市電的干擾，保證設(shè)備正常的工作；在市電中斷時，它又可以通過把它的直流供電部分（電池組，柴油發(fā)電機(jī)等）提供的直流電轉(zhuǎn)化為完美的交流電供負(fù)載使用，其中由市電供電轉(zhuǎn)電池供電一般為0時間切換，這樣就使負(fù)載設(shè)備在感覺不到任何變化的同時保持運行，真正保證了設(shè)備的不間斷運行。
2.       UPS一般帶感性負(fù)載的能力強(qiáng)還是帶容性負(fù)載的能力強(qiáng)？為什么？
答：一般UPS就是按感性負(fù)載設(shè)計的，所以帶感性負(fù)載是它的本分。一般UPS逆變器輸出端并聯(lián)的電容器一方面起濾波作用，另一方面是抵消負(fù)載中的電感分量。如果負(fù)載時容性，又如何用電容去抵消電容性分量呢？只能使輸出的電容分量加大，而這些電容分量的電流又必須由逆變器提供，使逆變器輸出的有功分量減小，所以帶載的能力就減弱了。
3.       STS(靜態(tài)開關(guān)),LBS(同步器)及雙總線的作用是什么？
答：STS的作用是將兩路輸入交流電進(jìn)行切換，LBS的作用是將兩組UPS同步，目的是為了使STS的切換時間為零。雙總線的作用是為了給用電設(shè)備提供冗余的電源。
4.       EPS和在線式UPS的主要區(qū)別是什么？兩者的主要用途是什么？
答：與UPS相同之處：EPS是100%的后備式UPS，它的工作原理和后備式UPS一樣。不同之處：EPS由于帶的負(fù)載不同，比如照明和啟動水泵等，功率需要做的很大，在啟動水泵時可以將逆變器做成變頻器；而后備式UPS由于主要的對象是PC機(jī)之類的IT設(shè)備，所以容量很少有超過3KVA的。一般3KVA以上的IT設(shè)備都選用在線式UPS，在IT設(shè)備場合無論如何是不能用EPS的。
5.       工頻機(jī)和高頻機(jī)比較各有什么優(yōu)缺點？高頻機(jī)能否取代工頻機(jī)？
答：工頻機(jī)UPS：缺點是輸入功率因數(shù)低，功耗大，效率低，體積大，笨重，價格高，可靠性低；優(yōu)點是制造相對容易，尤其是采用手工作業(yè)影響也不大，要求一致性相對低一些。 高頻機(jī)UPS：優(yōu)點是輸入功率因數(shù)高，功耗小，效率高，體積小，輕便，可靠性高；但對生產(chǎn)手段要求高，要求一致性嚴(yán)格。
6.       為什么UPS的容量用VA表示？這叫什么功率？
答：有功功率的單位是瓦特（W），無功功率的單位是乏（var）。一般UPS的容量都用視在功率表示，由于視在功率中既包含有功功率，也包含無功功率，既不能稱作W也不能稱var,既然是視在功率是伏特（V）與安培（A），就索性稱為VA。
7.       什么叫有功功率，什么叫無功功率？
答：有功功率指的是能使負(fù)載做功的功率，比如使燈泡發(fā)光，使電路工作等等。做功后又完全變成熱量散發(fā)到大氣中，一去不復(fù)返。無功功率指的是儲存在儲能裝置（器件）中的功率，它可以轉(zhuǎn)化為有功功率。

8.       UPS效率的定義是什么？它代表什么？和功率因數(shù)是一回事嗎？
答：UPS效率的η的定義是：輸出有功功率P與輸入有功功率P’之比的百分?jǐn)?shù)，即：η=（P/P’）％。它是衡量UPS功耗大小的標(biāo)志。和功率因數(shù)不是一碼事。
9.  蓄電池的容量單位是什么？它的含義是什么？
答：蓄電池的容量單位是安培小時，簡稱安時（AH），它的含義是該電池在指定放電率的條件下恒流或者恒功率放電，到指定放電時間結(jié)束瞬間放出的容量數(shù)。如放電率為10，容量為100AH的電池，用放電電流10A恒流放電10H，所放出的容量就是100AH。
10.  了解UPS發(fā)展情況對用戶有何好處？
答：了解UPS發(fā)展的方向主要的目的是使用戶避免購買已經(jīng)過時而已被淘汰或馬上就被淘汰的設(shè)備，以免造成不必要的損失。目前UPS已經(jīng)發(fā)展到了在線式并聯(lián)冗余模塊化解決方案系統(tǒng)UPS，請渠道商和用戶都能認(rèn)識到模塊化已經(jīng)來臨，它將取代傳統(tǒng)UPS在數(shù)據(jù)機(jī)房的應(yīng)用。
11.  UPS的發(fā)展趨勢是怎樣的？
答：發(fā)展UPS技術(shù)的主要目的是提高UPS對輸出端負(fù)載的動態(tài)響應(yīng)越來越快又好。顯然，模塊化UPS采用國外先進(jìn)的高頻技術(shù)，所能實現(xiàn)的動態(tài)響應(yīng)速度快，效果好。
12.  傳統(tǒng)工頻機(jī)帶輸出隔離變壓器是否可以增加帶載能力和降低零地電壓？
答：工頻機(jī)的輸出隔離變壓器嚴(yán)格講是它逆變部分不可或缺的組件，沒有全隔離效果，因為旁路無隔離，零線無隔離。
13.  UPS上有防雷嗎？
答：UPS可以選配輸入C級防雷，它有兩種方式： 1）以保護(hù)負(fù)載為優(yōu)先的防雷；  2）以保護(hù)供電為優(yōu)先的防雷，但是作用不大。因為UPS裝了防雷充其量只能使配電柜中省一級防雷，但是配電當(dāng)中還是不能省略防雷裝置。      防雷在UPS選擇中當(dāng)屬十分次要的因素。
14.  UPS帶了隔離變壓器是否可以抗過載能力增強(qiáng)？
答：錯了，那是反應(yīng)速度慢，過載以后UPS都會跳旁路工作，等負(fù)載正常后再恢復(fù)整流和逆變工作。我們應(yīng)該通過升級UPS容量來滿足日益增長的負(fù)荷擴(kuò)容需要。
15.  工頻機(jī)的質(zhì)量是否更加穩(wěn)定？
答：插墻式電源適配器國內(nèi)一些高頻機(jī)是因為生產(chǎn)時候節(jié)減成本、生產(chǎn)條件和設(shè)計落后而造成的質(zhì)量不過關(guān)。目前的高端ＵＰＳ品牌如：德國威圖、PK、美國愛克賽、艾默生、瑞士能威等均有高集成度的模塊化高頻UPS系列。它更加環(huán)保、節(jié)能，是綠色機(jī)房UPS發(fā)展的趨勢。
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