陳明軒，張秀鳳，項永金（格力電器（合肥）有限公司，安徽?合肥?230088）

　　摘?要：空調主板或顯示板上在實際應用過程反饋蜂鳴器發聲不良、工作失效問題突出，且大部分與蜂鳴器耐熱有關導致塑殼熔化，塑殼熔化為蜂鳴器耐熱性能低，通過對大量失效蜂鳴器分析及結構設計進行深入研究，發現蜂鳴器結構設計存在缺陷以及引腳材質的選型存在問題，該缺陷主要集中在蜂鳴器塑殼結構和引腳材質兩個部分造成，主要質量投訴問題為引腳與蜂鳴片接觸不良產生聲音嘶啞、無聲音、塑殼熔化導致引腳下沉與蜂鳴片接觸開路，通過重新設計蜂鳴器底部塑殼結構和引腳材質的改善有效解決蜂鳴器耐熱性低問題。

　　關鍵詞：壓電式蜂鳴器 ；結構；引腳材質；塑殼熔化

　　0 引言

　　蜂鳴器—顧名思義, 它是一種能發出像蜜蜂一樣喻叫聲響，當然聲音比蜜蜂叫聲響得多的電子器件。由于它結構簡單,體積小,耗電少,性能穩定,且能發出清脆悅耳的聲音,在家用行業系統中應用非常普遍。

　　目前, 空調主板使用的蜂鳴器幾乎都采用壓電陶瓷片。它是用鉆鐵酸鉛材料沖壓成圓片，進行高溫燒結、涂銀層等工藝處理,即具有壓電效應。所謂壓電效應是指壓電陶瓷片在受力作用后, 其厚度上發生機械變形, 導致其表面上出現電荷或在其電極上產生電位差。陶瓷蜂鳴器主要是由壓電陶瓷片即發生單元、金屬片、電極、金屬層、共振箱、外翠等構成, 如圖1所示。

　　空調主板上使用的多為單面結構的發聲單元, 即用一片圓形壓電元件和金屬片等合而成, 當把它們固定在一個腔體內, 就形成壓電陶瓷蜂鳴器, 即蜂鳴器。

　　1 工作原理

　　蜂鳴器是利用壓電效應工作的, 當一外加電壓作用于壓電元件的兩個電極間時, 由于壓電效應, 使陶瓷體產生機械形變效應, 形變的形狀與外加電壓有關。如果加上交變信號一般的蜂鳴器有一個直流變交流的電路,當陶瓷蜂鳴器體上加上與壓電片的極化方向相同的電壓時, 則極化強度增強,陶瓷片就沿徑向伸長。反之, 當外加電壓方向與陶瓷片極化方向相反時, 極化強度減弱, 腳瓷片就沿徑向收縮。即形成所謂的“電致伸縮”現象。由于粘膠在陶瓷片上的金屬片既不擴張也不收縮。當陶瓷片產生“電致伸縮”現象時, 整個發音元件就會出現上下彎曲, 即使陶瓷片的徑向伸縮變為彎曲振動。當陶瓷片產生時大時小, 時上時下的振動, 并激勵著周圍的空氣發出相應的聲波, 當聲波與共振箱體產生共振時, 即可聽到較大的響聲了。

　　2 事件背景

　　壓電式蜂鳴器是一種電聲轉換器件，將壓電材料粘貼在金屬片上，當壓電材料和金屬片兩端施加上一個電壓后，因為壓電效應，蜂鳴片就會產生機械變形而發出聲響；其諧振頻率較高，一般為2 000 Hz～4 000 Hz，而與蜂鳴片接觸的引腳不管是圓形還是扁形，末端都是與蜂鳴片接觸的，蜂鳴器受波峰焊高溫影響底部塑殼出現熔化，引腳會存在向下沉的現象，由于蜂鳴片是已經固定在蜂鳴器內部的，當引腳下沉后就會出現與蜂鳴片接觸不良或開路現象，造成聲音小或無聲音現象，問題急需進行分析研究解決。

　　3 壓電式蜂鳴器耐熱性低塑殼熔化的失效原因及失效機理分析

　　(1)壓電式蜂鳴器底部直接與PCB板接觸，整個面完全貼合，在生產線錫爐的溫度為270±5℃，過波峰焊時，錫爐的熱量會聚積在蜂鳴器引腳插裝的PCB板孔內，由于塑殼底部緊貼板面孔內的熱量無法散發，蜂鳴器塑料底部凸臺上沒有氣流通道，凸臺與主板沒有間隙，波峰焊焊接過程中產生的熱氣流沒有排放通道，只能聚焦于焊點周圍；紫銅材質導熱性好，針腳受熱后，溫度直達塑殼，致使塑殼出現熔化現象。

　　蜂鳴器塑殼熔化與引腳材質同樣有關，經過測試，引腳的材質為紫銅，而紫銅在一般的引腳材質中導熱性相對較高，導熱系數為386.4 W/(m·k)，通過對各種銅類的導熱性對比，發現紫銅的導熱性最高，因此在過波峰焊時，錫爐的溫度很快可以通過引腳傳遞到塑殼，而行業內塑殼為PBT材質，PBT的材質熔點為225℃~235℃，低于錫爐270±5℃，因此引腳的導熱性能同樣是塑殼熔化因素之一。

　　4 壓電式蜂鳴器耐熱性低塑殼熔化解決方案

　　(1)關于蜂鳴器引腳插裝孔的熱量散發不出去問題，通過將蜂鳴器塑殼底部開槽進行解決，底部開槽不影響性能，不影響裝配，在過波峰焊時，熱量通過底部的開槽散發出去，防止了底部溫度的聚積。

　　(2)引腳材質由紫銅改為磷青銅，引腳的導熱性降低7.7倍，錫爐的溫度不會很快被傳到塑殼，且引腳過錫爐的時間約為3.5 s~5 s，理論上完全可以解決塑殼受熱熔化問題。

　　改變凸臺結構和針腳材質，將塑殼底部凸臺由平面更改為通槽（以引腳為中心并向兩個方向延伸），具體結構更改點前后變化如圖6和7。波峰焊接過程中熱氣能夠從兩個方向快速的給排出，降低塑殼在高熱量環境中熔化風險；在不改變蜂鳴器原有性能的情況下，將針腳材質由導熱性好的紫銅更改為不易發熱的磷銅，規避高溫快速的傳遞給塑殼導致塑殼熔化問題的發生。

　　具體更改點：確定更改后的凸臺結構，以引腳為中心并向兩個方向延伸開槽，槽口深度控制在0.3cm~0.35cm，槽寬控制在0.7cm~0.71 cm。更改后的開槽凸臺結構建立了熱量流通渠道，使熱量能夠從設計的軌道快速的流出，降低塑殼及凸臺高溫環境中熔化風險。

　　5 整改效果評估及應用效果驗證

　　通過對蜂鳴器塑殼底部增加開槽以及引腳材質由紫銅改為磷青銅，進行引腳高溫加錫焊接實驗對比，如表2。通過表2的實驗對比可以看出，引腳材質改為磷青銅的蜂鳴器明顯比紫銅材質好，導熱性慢，塑殼不容易熔化，整改有效。

　　6 壓電式蜂鳴器蜂鳴器抗耐熱性失效整改總結及意義

　　壓電式蜂鳴器內部蜂鳴片接觸的引腳不管是圓形還是扁形，末端都是通過波峰焊錫爐焊接存在主板上的，那么引腳一邊與高溫錫爐接觸一邊是塑殼，在后續的失效整改中，導熱性的因素需要完全考慮，以及器件插裝孔內熱量的散發方式，通過引腳材質和結構上的整改，能夠有效解決塑殼耐熱不足熔化問題，為今后的類似器件失效整改提供經驗。

　　致謝：感謝格力電器給我的平臺讓我長期在電子生產過程中積累了寶貴的工作經驗，讓我結合實際對學習到的知識用于實際改善中，感謝出版社給予的機會將自己所積累的經驗發表，謝謝！

　　參考文獻

　　[1] 于天江.陶瓷蜂鳴器工作原理[J].摩托車,1996-09-15

　　[2] 陳漢寧.一種新型蜂鳴器的設計[J].機電元件.2013-12-25

　　作者簡介：

　　陳明軒(1989-)，男，助理工程師，主要研究方向：電子元器件失效分析。

　　本文來源于科技期刊《電子產品世界》2019年第8期第65頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處