電磁繼電器非金屬多余物的控制技術(shù)研究

陳俊峰，文尚暉，程 綱

(桂林航天電子有限公司，廣西桂林，541002)

1 概述

多余物是電磁繼電器的常見病，從近年多余物質(zhì)量問題統(tǒng)計數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，非金屬多余物質(zhì)量問題數(shù)的占比不斷提升，這說明金屬多余物的控制技術(shù)研究成果、工藝方法和檢測手段是比較成功的。非金屬多余物的控制不僅要技術(shù)突破，而且管理也要到位，本文全流程梳理電磁繼電器制造過程，針對非金屬多余物的來源及成分，采取較為有效的控制技術(shù)減少非金屬多余物質(zhì)量問題。

2 非金屬多余物來源及危害

非金屬多余物主要來源包括非金屬零組件殘留多余物和帶入類非金屬多余物。

(1)非金屬零組件殘留多余物來源

非金屬零組件殘留多余物主要來源于四個方面：①線圈組、載觸體、墊片等殘留的聚四氟乙烯、聚酰亞胺、漆包線表皮、氟塑料、酚醛樹脂等有機物；②底座組玻璃絕緣子和推動器的玻璃碎裂物，玻璃因受到溫度、振動、沖擊、內(nèi)部氣氛等因素的影響導致絕緣子碎裂、摩擦粉末；③電磁繼電器裝配過程中助焊劑殘留物；④電磁繼電器裝配過程中清洗劑殘留物。詳見表1。

(2)帶入類非金屬多余物來源

帶入類非金屬多余物來源復雜，成分多樣，從“人、機、料、法、環(huán)、測”生產(chǎn)六要素梳理來源，詳見表2。

表1 非金屬零組件殘留多余物來源表

表2 帶入類非金屬多余物來源表

本文應用傅立葉變換紅外光譜儀獲取了可能的全部非金屬多余物的譜圖，形成圖譜清單，失效樣品與圖譜清單對比得出非金屬多余物重點來源于線圈繞制過程、外界帶入等。

(3)非金屬多余物危害

非金屬多余物一旦進入電磁繼電器內(nèi)部，在生產(chǎn)過程中很難剔除[1]，在其后產(chǎn)品測試過程中也很難完全檢驗出來，因此必須在生產(chǎn)過程中加強控制。非金屬多余物在電磁繼電器通斷過程中，在靜電的作用下存在于觸點之間，致使觸點不通或接觸電阻大而導致產(chǎn)品失效。

3 線圈繞制過程非金屬多余物控制 技術(shù)研究

線圈是電磁繼電器內(nèi)部的最大污染源，線圈本身的有機非金屬多余物或吸附的多余物在靜電作用下向觸點移動，導致接觸電阻變大，甚至導致觸點失效。線圈組不僅有原材料揮發(fā)污染物，而且由于線圈匝間間隙的毛細管效應會吸附生產(chǎn)過程中工藝介質(zhì)，在電磁繼電器后續(xù)的試驗、存儲、使用過程中，線圈不斷揮發(fā)有機污染氣氛，并逐漸聚集在觸點表面，當有機膜層厚度超過一定程度之后，就會導致觸點接觸電阻增大，嚴重時引起觸點不通[2]。

(1)線圈材料的控制技術(shù)研究

線圈組一般由線圈骨架、漆包線、線圈包扎薄膜、橋線組成。

線圈骨架和線圈包扎薄膜材料一般為聚四氟乙烯、聚酰亞胺或LCP，加工方法通常為車削加工成型、剪切成型或沖裁成型，在制造過程中存在絲狀多余物，通常采用振動光飾去毛刺方法或者毛刺刀手工去除方法，不僅耗時耗力，而且效果也不盡如人意。本文采用皮秒激光切割設備對部分非金屬零件進行加工，利用高功率密度的激光光斑照射加工區(qū)域，使加工區(qū)域瞬間汽化或熔化，從而實現(xiàn)切割成型。

由圖1可知不僅皮秒激光切割成型零件的均勻性要優(yōu)于機加成型零件，而且多余物情況明顯改善。皮秒激光切割成型典型工藝參數(shù)如表3所示：

圖1 機加成型(左)與皮秒激光切割成型(右)零件對比圖

表3 常用皮秒激光切割工藝參數(shù)

通過采用皮秒激光切割加工方法，可以有效減少材料本身的非金屬多余物。同時開發(fā)了專用軟件，建立了判斷標準和非金屬零件邊緣檢測算法，提高了檢測效率和檢測精度，實現(xiàn)了非金屬多余物的自動檢測[3]。

圖2 非金屬多余物配準示意圖

漆包線材料一般為220級聚酰亞胺漆包銅圓線，生產(chǎn)廠家一般會應用液體石蠟與120#汽油的混合物作為潤滑劑來制造漆包線，而石蠟揮發(fā)會影響接觸電阻。因此本文研究應用了某品牌的無石蠟漆包線，經(jīng)7個批次，共計3530只2JL0.5-2型電磁繼電器產(chǎn)品生產(chǎn)驗證效果良好。裝配過程因接觸電阻不合格產(chǎn)品8只，不合格率為0.23%，低于正常水平的0.42%，裝配合格產(chǎn)品進行檢查試驗，檢查試驗階段因接觸電阻不合格產(chǎn)品10只，不合格率0.28%，低于正常水平的0.4%。

橋線的去漆皮方式由傳統(tǒng)的熱堿去漆皮或機械去除方法更改為激光燒蝕去漆皮方法，經(jīng)生產(chǎn)驗證，非金屬多余物殘留明顯減少[4]。

(2)線圈制造過程非金屬多余物的控制

線圈的制造過程通常由線圈繞制、清洗、包扎、烘烤、測試等工步組成。本文采用了自動繞線設備，避免了操作者與漆包線直接接觸造成二次污染，線圈自動繞制時采用120#航空汽油同步清洗漆包線表面。

為確保接觸電阻的穩(wěn)定性，繞制后的線圈應用Vaccy3006型自動清洗機清洗，然后進行高真空烘烤，目的是去除線圈吸附殘留物、釋放漆包線漆層中的有機物等，以防在線圈內(nèi)部形成非金屬多余物。典型代表產(chǎn)品2JL0.5-1、2JW-1型電磁繼電器的線圈在1×10-2Pa、175℃條件下烘烤24h[5]，參照航天五院Q/W776《衛(wèi)星用非金屬材料出氣篩選方法》測試條件(1.33×10-3Pa，125℃±1℃，24h)，采用3H-2000PW蒸汽吸附儀測試真空熱失重，總質(zhì)量損失為0.0045%，可凝揮發(fā)物質(zhì)量損失為0.0026%，測試結(jié)果證明效果良好。

線圈包扎時磨擦產(chǎn)生靜電，帶正電荷的聚四氟乙烯包扎薄膜容易吸附空氣中帶負電荷的毛發(fā)、玻璃、纖維等顆粒物，在線圈中形成白色非金屬多余物[6]，因此我們按照單元制造的模式優(yōu)化了繞線工藝布局，將包扎間改造成十萬級防靜電間，按照防靜電工作區(qū)(Electrostatic discharge Protected Area，EPA)的要求配備防靜電的座椅、腕帶、工作服、元件器周轉(zhuǎn)盒(袋)等，并配置了離子風靜電消除器、靜電監(jiān)測設備等。采取措施后由于線圈產(chǎn)生的白色非金屬多余物明顯減少。

4 外界帶入類非金屬多余物的控制 技術(shù)研究

外界帶入類非金屬多余物不僅是一個技術(shù)問題，而且更是一個管理問題，本文通過梳理分析生產(chǎn)六要素，確定了三個主要影響因素：人體帶入、設備帶入和環(huán)境控制不到位。

(1)人體帶入的非金屬多余物控制

全體產(chǎn)品裝配區(qū)的人員必須加強個人衛(wèi)生，不允許涂抹任何化妝品，不允許戴任何首飾，不允許帶與工作無關的物品進入工作區(qū)，手機等電子產(chǎn)品是堅決禁止的。全過程要穿好潔凈服、工作鞋，戴好工作帽和無粉指套，必須穿襪子，以免皮屑殘留在潔凈服內(nèi)。易產(chǎn)生非金屬多余物的衣服不得與潔凈服直接相連，如毛衣、羊毛衫等。修訂完善管理制度，管理人員必須每天檢查這些多余物規(guī)定的執(zhí)行情況，確保落實到位。

加強潔凈服的管理，采用專用潔凈服洗衣機針對不同環(huán)境等級的潔凈服定期清洗，例如十萬級環(huán)境中使用的潔凈服每周至少清洗一次，更高環(huán)境下使用的潔凈服清洗周期則要縮短。采用漢姆克滾筒法評價清洗效果，監(jiān)測潔凈服烘干后的發(fā)塵量是否滿足對應潔凈度要求。生產(chǎn)實踐表明，采用專業(yè)潔凈服清洗設備及清洗效果檢測儀器，按照規(guī)定周期清洗，可以有效保證潔凈服的潔凈度。

圖3 潔凈服清洗效果檢測儀(漢姆克滾筒法)

佩戴無粉指套進行操作是防止手部皮膚與工件直接接觸的常用手段，但市場上銷售的無粉指套會殘留少量粉末狀多余物(如滑石粉等)，因此，使用前必須清洗干凈。本文采用專用清洗設備，按照去離子水清洗→無水乙醇漂洗→脫水→真空干燥的流程進行清洗，清洗效果評價借鑒漢姆克滾筒法。實踐表明，清洗無粉指套可以有效減少指套殘留無機非金屬多余物。

(2)設備帶入的非金屬多余物控制

電子設備產(chǎn)生的靜電會吸附較多的非金屬多余物，因此我們必須保持設備的干凈整潔，例如烘烤系統(tǒng)、電子干燥柜、吹凈裝置、清洗設備等。

烘烤系統(tǒng)的烘箱每次烘烤前必須用無水乙醇擦拭不少于三次，氮氣瓶應保持清潔，在管道氮氣進入烘箱前增加過濾，管道也要定期清洗，泵房必須與潔凈間隔離，且不得與潔凈廠房應用同一回風系統(tǒng)。

塞片是電磁繼電器測量觸點間隙和磁間隙的主要測具，由于塞片粘附或摩擦產(chǎn)生多余物導致繼電器故障已經(jīng)多次發(fā)生。因此采取針對性措施加強塞片管控是必須的，包括：規(guī)范塞片的形狀易于區(qū)別測量端和手持端；統(tǒng)一標識編號；嚴肅出入庫和測量過程的管控要求，并做好記錄；使用前進行清洗確認塞片是潔凈的。實踐表明取得了良好的效果。

(3)裝配環(huán)境的控制

產(chǎn)品裝配完成后進行整件超聲波清洗、產(chǎn)品性能測試、套殼檢查，為了更加有效控制非金屬多余物，本文的成品裝配環(huán)境由原來的十萬級潔凈間優(yōu)化為百級潔凈間。在百級潔凈間內(nèi)產(chǎn)品進行浸泡→超聲波清洗→吹凈→漂洗→烘干等工序，清洗的同時用IONOGRAPH 500M型離子污染物測試儀檢測是否存在可溶解的離子型污染物，當檢測濃度小于1.56μg/cm2(NaCl)時為合格，產(chǎn)品烘干后用40倍體式顯微鏡進行多余物檢查，結(jié)果表明非金屬多余物去除效果良好。多余物檢查通過后馬上進行產(chǎn)品封裝，然后進行烘烤、充氮工序，減少滯留時間。

加強6S管理，確保十萬級潔凈間、百級潔凈間、百級潔凈工作臺的動態(tài)離子濃度達標，例如，百級潔凈間每個工作日、每隔5米至少設置兩個測試采樣點，以監(jiān)測環(huán)境是否達標。同時定期維護保養(yǎng)和更換高效過濾器，加強外回風區(qū)域的環(huán)境控制，潔凈間增加值班風機以確保沒有人工作時的環(huán)境保持能力。

通過以上技術(shù)和管理手段，非金屬多余物的防控效果良好。為此，我們修訂完善了多余物預防與控制工作管理辦法、電磁繼電器有機污染控制規(guī)范、產(chǎn)品多余物控制要求、裝配車間文明生產(chǎn)要求等管理制度和規(guī)定。

5 結(jié)論

通過系統(tǒng)梳理非金屬多余物的來源，采取針對性控制技術(shù)，較好的解決了電磁繼電器非金屬多余物問題。通過研究，本文得出結(jié)論如下：

(1)線圈是電磁繼電器內(nèi)部的最大污染源，通過無石蠟漆包線的應用，改進清洗工藝和高真空烘烤工藝可以有效降低非金屬多余物的揮發(fā)，改善線圈包扎的硬件設施可有效降低白色非金屬多余物。

(2)應用皮秒激光切割成型技術(shù)和非金屬多余物自動檢測技術(shù)減少零組件非金屬多余物。產(chǎn)品裝配環(huán)節(jié)針對凈化服、指套、塞片、成品裝配環(huán)境等管控上的薄弱環(huán)節(jié)，采取技術(shù)和管理相結(jié)合的針對性措施，比較有效地減少了非金屬多余物。

(3)技術(shù)和管理相結(jié)合，重點管控人員、設備、環(huán)境，強化文明生產(chǎn)檢查，加強6S管理，做好設備維護保養(yǎng)，完善規(guī)章制度，確保多余物防控措施有效落地是解決好多余物問題的關鍵。