電源適配器的焊點失效機理

隨著直插電源適配器（開關電源）組裝密度越來越高，承擔機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電源的失效。因此，焊點的可靠性是電源適配器可靠性的關鍵之一。在實際中，焊點的失效通常由各種復雜因素相互作用引發，不同的使用環境有不同的失效機理，焊點的主要失效機理包括熱致失效、機械失效和化學失效等。
1.熱致失效：熱致失效主要是指由熱循環和熱沖擊引起的疲勞失效，高溫導致的失效同樣包括在內。由于表面貼裝元件、PCB和焊料之間的熱膨脹系數不匹配，當環境溫度發生變化或者開關電源本身發熱時，焊點內就會產生熱應力，隨開關電源的間斷使用次數，應力的周期性變化導致焊點的熱疲勞失效。
2.機械失效：機械失效主要是指由機械沖擊引起的過載與沖擊失效以及由機械振動引起的機械疲勞失效。當電源適配器的印制電路組件受到彎曲、晃動或其他的應力作用時，將可能導致焊點失效。一般而言，較小的焊點是電源組件中薄弱的環節。當它連接柔性結構有引腳的元件到PCB時，由于引腳可以吸收一部分應力，故障點不會承受很大應力。但是當組裝大體積的器件后，當電源組件受到機械沖擊時，例如，跌落或者PCB在后續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時，焊點就會承受較大的應力，導致焊點疲勞失效。即使當這種應力遠低于屈服應力水平時，也可能引起金屬材料疲勞，經過大量小幅值、高頻率振動循環后，振動疲勞失效就會產生。盡管每次振動循環對焊點的破壞很小，但經過很多次循環，將會在焊點處產生裂紋。隨時間的推移，裂紋還會隨循環次數的增加而蔓延。
3.電化學失效：電化學失效是指在一定的溫度、濕度和大氣壓條件下，由于發生電化學反應而引起的失效。電化學失效的主要形式有導電離子污染物引起的橋連、枝晶生長、導電陽極絲生長和錫須等。離子殘留物與水汽是電化學失效的核心要素。殘留在PCB上的導電離子污染物，可能引起焊點間橋接。特別是在潮濕的環境中，離子殘留物是電的良好導體，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體（陽極氧化成離子）向另一個導體（陰極）遷移，會發生外形象樹枝的金屬枝晶生長。這種失效機理能夠導致短路、漏電和其他故障。“錫須”是在電源產品長期儲存、使用過程中在機械、濕度、使用環境等作用下，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：由于信息技術的發展，網絡已成為人們生活和工作中不可或缺的部分，構成網絡的數字機房的供電可靠性已經成為關鍵，而機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置的，UPS的三大基本功能：穩壓，濾波，不可間斷。在市電供電時，它是穩壓器和濾波器的作用，以消除或削弱市電的干擾，保證設備正常的工作；在市電中斷時，它又可以通過把它的直流供電部分（電池組，柴油發電機等）提供的直流電轉化為完美的交流電供負載使用，其中由市電供電轉電池供電一般為0時間切換，這樣就使負載設備在感覺不到任何變化的同時保持運行，真正保證了設備的不間斷運行。
2.       UPS一般帶感性負載的能力強還是帶容性負載的能力強？為什么？
答：一般UPS就是按感性負載設計的，所以帶感性負載是它的本分。一般UPS逆變器輸出端并聯的電容器一方面起濾波作用，另一方面是抵消負載中的電感分量。如果負載時容性，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(靜態開關),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備提供冗余的電源。
4.       EPS和在線式UPS的主要區別是什么？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機之類的IT設備，所以容量很少有超過3KVA的。一般3KVA以上的IT設備都選用在線式UPS，在IT設備場合無論如何是不能用EPS的。
5.       工頻機和高頻機比較各有什么優缺點？高頻機能否取代工頻機？
答：工頻機UPS：缺點是輸入功率因數低，功耗大，效率低，體積大，笨重，價格高，可靠性低；優點是制造相對容易，尤其是采用手工作業影響也不大，要求一致性相對低一些。 高頻機UPS：優點是輸入功率因數高，功耗小，效率高，體積小，輕便，可靠性高；但對生產手段要求高，要求一致性嚴格。
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載做功的功率，比如使燈泡發光，使電路工作等等。做功后又完全變成熱量散發到大氣中，一去不復返。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’之比的百分數，即：η=（P/P’）％。它是衡量UPS功耗大小的標志。和功率因數不是一碼事。
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，到指定放電時間結束瞬間放出的容量數。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發展情況對用戶有何好處？
答：了解UPS發展的方向主要的目的是使用戶避免購買已經過時而已被淘汰或馬上就被淘汰的設備，以免造成不必要的損失。目前UPS已經發展到了在線式并聯冗余模塊化解決方案系統UPS，請渠道商和用戶都能認識到模塊化已經來臨，它將取代傳統UPS在數據機房的應用。
11.  UPS的發展趨勢是怎樣的？
答：發展UPS技術的主要目的是提高UPS對輸出端負載的動態響應越來越快又好。顯然，模塊化UPS采用國外先進的高頻技術，所能實現的動態響應速度快，效果好。
12.  傳統工頻機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：工頻機的輸出隔離變壓器嚴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）以保護負載為優先的防雷；  2）以保護供電為優先的防雷，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，但是配電當中還是不能省略防雷裝置。      防雷在UPS選擇中當屬十分次要的因素。
14.  UPS帶了隔離變壓器是否可以抗過載能力增強？
答：錯了，那是反應速度慢，過載以后UPS都會跳旁路工作，等負載正常后再恢復整流和逆變工作。我們應該通過升級UPS容量來滿足日益增長的負荷擴容需要。
15.  工頻機的質量是否更加穩定？
答：插墻式電源適配器國內一些高頻機是因為生產時候節減成本、生產條件和設計落后而造成的質量不過關。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。它更加環保、節能，是綠色機房UPS發展的趨勢。
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