江蘇自動(dòng)化研究所 吳振綱

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加固機(jī)絕緣不良問(wèn)題案例分析與研究

江蘇自動(dòng)化研究所 吳振綱

【摘要】機(jī)殼地與信號(hào)地絕緣電阻是加固機(jī)的一項(xiàng)基本技術(shù)指標(biāo)。由于影響絕緣電阻的因素很多，所以查明絕緣電阻不良的原因非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力。實(shí)際生產(chǎn)中機(jī)殼地與信號(hào)地絕緣電阻不良問(wèn)題嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的正常生產(chǎn)進(jìn)度。本文通過(guò)對(duì)幾個(gè)典型案例進(jìn)行解剖、分析，討論和總結(jié)了造成加固機(jī)機(jī)殼地與信號(hào)地絕緣電阻不良問(wèn)題的各種原因，有針對(duì)性的提出了行之有效的解決措施，并成功應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。

【關(guān)鍵詞】加固機(jī)；機(jī)殼地；信號(hào)地；絕緣電阻；禁覆區(qū)；覆銅區(qū)

0　引言

絕緣電阻是衡量電子設(shè)備性能的最基本的技術(shù)指標(biāo)。絕緣電阻測(cè)量是了解、評(píng)估電子設(shè)備絕緣性能的基本手段。阻值越高，說(shuō)明電子設(shè)備的絕緣性能越好，可靠性越高。絕緣電阻測(cè)量貫穿電子產(chǎn)品的生產(chǎn)、調(diào)試、試驗(yàn)和使用等整個(gè)產(chǎn)品生命周期。我所加固機(jī)產(chǎn)品要求在正常大氣條件下，未裝入插件模塊時(shí)，使用FLUKE45數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量機(jī)箱機(jī)殼地和信號(hào)地絕緣電阻應(yīng)滿足R≥500MΩ。在加固機(jī)裝配過(guò)程中，機(jī)殼地與信號(hào)地絕緣電阻不良的問(wèn)題經(jīng)常出現(xiàn)，一直困擾著我們，甚至產(chǎn)品出廠時(shí)絕緣電阻滿足要求，但調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣電阻過(guò)低。特別是在炎熱潮濕的夏季，這種問(wèn)題更是接連不斷。因?yàn)橛绊懡^緣電阻的因素很多，所以通常絕緣不良問(wèn)題原因查找和問(wèn)題解決非常耗費(fèi)時(shí)間和精力，而且會(huì)造成不同程度的返工，延誤產(chǎn)品的交付時(shí)間，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的正常生產(chǎn)。因此，盡快查明絕緣不良的原因并采取有效的解決措施顯得尤為重要。

1　絕緣電阻不良的原因

影響絕緣電阻的因素有很多，造成絕緣不良的原因多種多樣，到底是哪個(gè)原因造成了加固機(jī)機(jī)殼地和信號(hào)地絕緣電阻不良？經(jīng)過(guò)多年的摸索和實(shí)踐，我發(fā)現(xiàn)主要有以下幾類原因，下面分別結(jié)合幾個(gè)典型的案例，對(duì)其展開(kāi)說(shuō)明。

1.1設(shè)計(jì)原因

案例一：

某型加固機(jī)裝配完成后測(cè)量其機(jī)殼地和信號(hào)地絕緣電阻為153MΩ，不滿足出廠要求。打開(kāi)機(jī)箱進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)有以下3個(gè)問(wèn)題：（1）底板正面左下角的信號(hào)地覆銅區(qū)與機(jī)箱殼體直接接觸（見(jiàn)圖1）；（2）所有加固條兩端與底板反面信號(hào)地覆銅區(qū)直接接觸（見(jiàn)圖2）；（3）底板反面緊固底板的所有螺釘位置雖然設(shè)計(jì)了禁覆區(qū)，但禁覆區(qū)大小設(shè)計(jì)裕量不夠。由于設(shè)計(jì)未考慮底板安裝孔與螺釘之間的間隙、螺釘與墊圈之間的間隙造成的底板安裝孔、螺釘、墊圈三者不同軸安裝問(wèn)題，這樣就造成了墊圈與底板反面信號(hào)地覆銅區(qū)接接觸（見(jiàn)圖2）。

印制板生產(chǎn)時(shí)會(huì)在印制板表面的信號(hào)地覆銅區(qū)上面覆蓋一層阻焊膜。雖然阻焊膜具有一定的絕緣性，但其絕緣效果不是很好，無(wú)法滿足加固機(jī)產(chǎn)品絕緣需要。另外，由于阻焊膜非常薄，產(chǎn)品裝配和使用過(guò)程中易被與機(jī)殼地導(dǎo)通的金屬結(jié)構(gòu)件或緊固件劃傷、直接接觸，從而造成機(jī)殼地與信號(hào)地絕緣不良甚至短路。因此，此型加固機(jī)機(jī)殼地和信號(hào)地絕緣電阻不良問(wèn)題的原因是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與電氣設(shè)計(jì)不協(xié)調(diào)統(tǒng)一和禁覆區(qū)設(shè)計(jì)裕量不夠。

圖1

圖2

1.2生產(chǎn)原因

案例二：

某批次3臺(tái)加固機(jī)出廠檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)1臺(tái)加固機(jī)機(jī)殼地和信號(hào)地絕緣電阻低于200MΩ，不滿足出廠要求。據(jù)檢驗(yàn)員反饋這批次3臺(tái)機(jī)箱電裝交檢時(shí)測(cè)量絕緣電阻是全部符合要求的。打開(kāi)機(jī)箱進(jìn)行檢查，先查看底板，底板表面禁覆區(qū)設(shè)計(jì)良好，所有信號(hào)地覆銅區(qū)未與任何金屬件接觸，排除設(shè)計(jì)原因造成故障。但底板表面明顯有清洗后的污物殘留（見(jiàn)圖3），再檢查各導(dǎo)線外觀，無(wú)明顯損傷。

印制板清洗后的殘留污物為助焊劑，其對(duì)濕度較為敏感，濕度升高，其絕緣電阻會(huì)迅速下降。結(jié)合本批次加固機(jī)電裝交檢和出廠檢驗(yàn)時(shí)絕緣電阻相差過(guò)大情況，初步懷疑故障原因是底板焊接完成后清洗不干凈。使用潔凈綢布蘸無(wú)水乙醇擦拭干凈底板四周側(cè)面和正反面的大表面，使用風(fēng)槍吹干后再次測(cè)量加固機(jī)機(jī)殼地和信號(hào)地絕緣電阻為478 MΩ。與底板擦拭前相比，絕緣電阻明顯上升。因此，可以肯定此加固機(jī)故障的原因是底板清洗不干凈。

圖3

圖4

案例三：

某臺(tái)加固機(jī)電裝完成后測(cè)量其機(jī)殼地和信號(hào)地絕緣電阻為144MΩ，不滿足出廠要求。打開(kāi)機(jī)箱進(jìn)行檢查，先查看底板，底板表面潔凈、禁覆區(qū)設(shè)計(jì)良好，所有信號(hào)地覆銅區(qū)未與任何金屬件接觸，再檢查各導(dǎo)線外觀，無(wú)明顯損傷，然后使用分段法進(jìn)行細(xì)查：1、將小面板零件與機(jī)箱框架分離，測(cè)量機(jī)箱信號(hào)地與小面板零件導(dǎo)電面之間絕緣電阻為∞MΩ，判斷故障點(diǎn)不在小面板上；2、先將后蓋零件與機(jī)箱框架分離，測(cè)量后蓋上信號(hào)地與機(jī)殼地之間絕緣電阻為144MΩ，再查看設(shè)計(jì)圖紙發(fā)現(xiàn)同時(shí)與機(jī)箱框架和后蓋內(nèi)部導(dǎo)電氧化面有電連接的地方共有3處：一處是電源線屏蔽層，另兩處是兩路DVI信號(hào)線屏蔽層。然后將電源線在后蓋端的屏蔽層接地焊片與后蓋分開(kāi)，測(cè)量后蓋上信號(hào)地與機(jī)殼地之間絕緣電阻仍為144MΩ，接著分別使兩路DVI信號(hào)線在機(jī)箱框架一端的屏蔽層接地焊片與機(jī)箱框架分離且分別測(cè)量后蓋上信號(hào)地與機(jī)殼地之間絕緣電阻仍未變化，再測(cè)量底板上信號(hào)地與機(jī)箱框架內(nèi)部導(dǎo)電面之間的絕緣電阻為∞MΩ。因此可以判定故障點(diǎn)一定在后蓋上。

經(jīng)查看設(shè)計(jì)圖紙，后蓋上與信號(hào)地有關(guān)的線纜有4處：一處是連接信號(hào)地接線柱接地防波套，一處是SYV視頻線，另兩處是兩路DVI專用線。先去除固定信號(hào)地防波套的線纜夾，檢查防波套位于固定點(diǎn)處用于絕緣的熱縮套管無(wú)明顯損傷，接著測(cè)量后蓋上信號(hào)地與機(jī)殼地之間絕緣電阻仍為144MΩ，再將信號(hào)地防波套與信號(hào)地接線柱分離，測(cè)量底板上信號(hào)地與后蓋機(jī)殼地之間的絕緣電阻依然未變化，然后拆除固定SYV視頻線的線纜夾，發(fā)現(xiàn)位于固定點(diǎn)處的SYV視頻線外表面未按照工藝要求包裹絕緣膠帶且最外面一根SYV視頻線表面有明顯壓痕（見(jiàn)圖4），這時(shí)測(cè)量底板上信號(hào)地與后蓋機(jī)殼地之間的絕緣電阻為∞MΩ。因此，可以判定造成此加固機(jī)故障的原因是操作者未按照工藝要求在SYV視頻線表面包裹絕緣膠帶造成SYV視頻線被線纜夾擠壓損傷。

1.3器材原因

案例四：

2014年夏天某幾批次加固機(jī)全部出現(xiàn)機(jī)殼地和信號(hào)地絕緣電阻不滿足出廠要求問(wèn)題，絕緣電阻為200～350MΩ。打開(kāi)機(jī)箱進(jìn)行檢查，先查看底板，底板表面潔凈、禁覆區(qū)設(shè)計(jì)良好，所有信號(hào)地覆銅區(qū)未與任何金屬件接觸，再檢查各導(dǎo)線外觀，無(wú)明顯損傷，然后使用分段法進(jìn)行細(xì)查，經(jīng)過(guò)一一排除，最終發(fā)現(xiàn)只要SYV-50-1視頻線最外層絕緣皮與機(jī)箱殼體接觸，絕緣電阻就不符合要求，但如果將SYV-50-1視頻線最外層絕緣皮與機(jī)箱殼體隔離，絕緣電阻就可以達(dá)到500MΩ。由于SYV-50-1視頻線屏蔽層定義為信號(hào)地，與其最外層絕緣皮接觸的機(jī)箱殼體定義為機(jī)殼地，因此懷疑SYV-50-1視頻線可能有以下兩個(gè)問(wèn)題：1、SYV-50-1視頻線最外層絕緣皮絕緣電阻不滿足要求；2、SYV-50-1視頻線最外層絕緣皮被裸手觸摸后易被污染，進(jìn)而造成屏蔽層與機(jī)箱殼體之間的絕緣電阻不符合要求。

為了判定造成此次加固機(jī)故障是由以上哪個(gè)原因造成的，制作了一個(gè)測(cè)試工裝（見(jiàn)圖5）進(jìn)行試驗(yàn)。工裝由螺釘將兩塊表面導(dǎo)電氧化的鋁板緊固在一起，螺釘與其中一塊鋁板之間使用絕緣襯套（材料為硬質(zhì)膠棒）進(jìn)行絕緣。下面開(kāi)始模擬加固機(jī)裝配的狀態(tài)進(jìn)行工藝實(shí)驗(yàn)。

先剪取5根30cm長(zhǎng)SYV-50-1視頻線，再使用棉紗蘸潔凈無(wú)水乙醇擦洗干凈每一根視頻線外表面，接著使用電吹風(fēng)吹干視頻線表面，然后模擬實(shí)際裝配狀態(tài)，將5根SYV-50-1捆扎成一束并夾在工裝的兩塊鋁板之間。測(cè)量?jī)蓧K鋁板之間絕緣電阻為512MΩ，稍大于500MΩ。當(dāng)這種情況出現(xiàn)在加固機(jī)中，如果這時(shí)SYV-50-1視頻線的固定點(diǎn)增多或固定點(diǎn)壓緊力增大，或者加固機(jī)內(nèi)同時(shí)存在其它導(dǎo)致機(jī)殼地和信號(hào)地絕緣電阻稍大于500MΩ的因素點(diǎn)，那么整個(gè)加固機(jī)機(jī)殼地和信號(hào)地絕緣電阻一定會(huì)小于500MΩ，導(dǎo)致不滿足要求。因此，可以確定SYV-50-1視頻線最外層絕緣皮絕緣電阻不滿足要求，很有可能造成屏蔽層與機(jī)箱殼體之間的絕緣電阻不符合要求。

重新剪取5根30cm長(zhǎng)SYV-50-1視頻線，將每根線兩端的屏蔽層各剝出2cm，再模擬SYV-50-1視頻線實(shí)際裝配過(guò)程，使用裸手多次捋每根視頻線的外表面，并模擬實(shí)際裝配狀態(tài)，將5根SYV-50-1捆扎成一束，接著打開(kāi)工裝將原有的5根視頻線取下，再模擬實(shí)際裝配狀態(tài)將新剪取的5根視頻線夾在工裝的兩塊鋁板之間，接著將5根視頻線的屏蔽層分別從兩端短接起來(lái)。然后測(cè)量SYV-50-1視頻線屏蔽層與任意一塊鋁板之間的絕緣電阻為300MΩ左右。因此，可以確定SYV-50-1視頻線最外層絕緣皮被裸手觸摸后易被污染，進(jìn)而造成屏蔽層與機(jī)箱殼體之間的絕緣電阻不符合要求。

綜上所述，可以判定造成此次加固機(jī)故障的原因是SYV-50-1視頻線最外層絕緣皮被裸手觸摸后導(dǎo)致其表面絕緣電阻過(guò)低和SYV-50-1視頻線最外層絕緣皮自身絕緣電阻不夠高。

圖5

2　絕緣電阻不良的解決措施

找到了問(wèn)題出現(xiàn)的根本原因，解決問(wèn)題也就水到渠成了。下面結(jié)合前面幾個(gè)案例，進(jìn)行說(shuō)明。

案例一：

針對(duì)已發(fā)現(xiàn)的3個(gè)問(wèn)題分別進(jìn)行以下處理：（1）在底板正面左下角的信號(hào)地覆銅區(qū)與機(jī)箱殼體之間加墊青殼紙進(jìn)行絕緣處理；（2）在所有加固條兩端與底板反面信號(hào)地覆銅區(qū)之間加墊青殼紙進(jìn)行絕緣處理；（3）在底板反面緊固底板的所有螺釘位置的平墊與底板之間加墊絕緣墊圈（材料為硬質(zhì)膠棒）進(jìn)行絕緣處理。

處理完成后測(cè)量機(jī)箱機(jī)殼地和信號(hào)地絕緣電阻為∞MΩ，滿足機(jī)箱出廠要求，表明解決措施有效。

案例二：

拆下底板，先使用干凈的無(wú)水乙醇浸泡清洗干凈，再用氣槍吹干底板表面，然后將底板放入烘箱烘干（50℃，1h）。重新安裝好底板，并恢復(fù)機(jī)箱安裝后測(cè)量機(jī)箱機(jī)殼地和信號(hào)地絕緣電阻為∞MΩ，滿足機(jī)箱出廠要求，表明解決措施有效。

案例三：

拆除并更換表面有壓痕的SYV視頻線，再按照工藝要求在SYV視頻線外表面半疊包裹一層絕緣膠帶，然后恢復(fù)機(jī)箱安裝。測(cè)量機(jī)箱機(jī)殼地和信號(hào)地絕緣電阻為∞MΩ，滿足機(jī)箱出廠要求，表明解決措施有效。

案例四：

針對(duì)已發(fā)現(xiàn)的3個(gè)問(wèn)題分別進(jìn)行以下處理：（1）去除捆扎SYV-50-1視頻線的綁扎線，先使用干凈的棉球蘸無(wú)水乙醇擦洗干凈SYV-50-1視頻線兩端距離外絕緣皮剝口40mm以內(nèi)的外絕緣皮表面，以去除外絕緣皮上的手汗和污漬。每根SYV-50-1線單獨(dú)擦洗，且已擦洗干凈的分禁止裸手觸摸以免再次污染；（2）SYV視頻線的固定部分半疊包一層黑色電工絕緣膠帶，以保證SYV視頻線絕緣皮與機(jī)箱殼體之間絕緣電阻足夠大。

處理完成并恢復(fù)機(jī)箱安裝后測(cè)量機(jī)箱機(jī)殼地和信號(hào)地絕緣電阻為∞MΩ，滿足機(jī)箱出廠要求，表明解決措施有效。但以上措施施工過(guò)于復(fù)雜，只能作為暫時(shí)的措施，最好還是更換SYV-50-1視頻線。目前，已經(jīng)找到了絕緣性能滿足要求的SYV-50-1視頻線，經(jīng)使用，效果良好。

3　總結(jié)與討論

本文前面結(jié)合幾個(gè)典型案例對(duì)絕緣不良問(wèn)題的原因查找和解決措施進(jìn)行了說(shuō)明，而實(shí)際工作中遇到的絕緣電阻不良案例，問(wèn)題現(xiàn)象多樣，原因千差萬(wàn)別，解決措施也不盡相同。

表1

表2

要解決加固機(jī)絕緣不良問(wèn)題，最大難點(diǎn)在于如何找出造成問(wèn)題的原因。雖然不同案例中造成絕緣不良問(wèn)題的原因千差萬(wàn)別，但這些原因都可歸為本文中提到的設(shè)計(jì)原因、生產(chǎn)原因和器材原因等三類原因。加固機(jī)絕緣不良問(wèn)題都是由于這三類原因中的某一個(gè)或幾個(gè)共同作用造成的。

實(shí)際生產(chǎn)中，由于設(shè)計(jì)原因、生產(chǎn)原因和器材原因造成的加固機(jī)絕緣電阻不良問(wèn)題比例大約分別為20%、60%和20%。值得注意的是，隨著設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的推進(jìn)，由于設(shè)計(jì)原因造成的絕緣電阻不良問(wèn)題會(huì)大幅度減少。另外，隨著設(shè)計(jì)和工藝的成熟穩(wěn)定，對(duì)器材的選用也日趨合理，由于器材原因造成的絕緣電阻不良問(wèn)題也會(huì)相應(yīng)減少。

筆者根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)加固機(jī)絕緣不良問(wèn)題的不同問(wèn)題現(xiàn)象、問(wèn)題原因和解決措施進(jìn)行了總結(jié)，具體參照表1和表2。

4　結(jié)束語(yǔ)

本文分析和總結(jié)了造成加固機(jī)機(jī)殼地與信號(hào)地絕緣電阻不良問(wèn)題的一些常見(jiàn)原因，并提出了相應(yīng)的解決措施。但實(shí)際工作中造成加固機(jī)機(jī)殼地與信號(hào)地絕緣電阻不良的原因多種多樣，查找原因時(shí)應(yīng)根據(jù)每個(gè)案例不同的問(wèn)題現(xiàn)象，采取不同的原因查找策略和流程。不同的問(wèn)題現(xiàn)象，查找原因的重點(diǎn)也應(yīng)不同。查找原因時(shí)應(yīng)先檢查可能性較大的因素，同時(shí)對(duì)于易于檢查的因素應(yīng)優(yōu)先檢查排除。只有這樣，才能盡快查明絕緣不良問(wèn)題的原因并采取有針對(duì)性的解決措施。

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