电源适配器的焊点失效机理

随着直插电源适配器（开关电源）组装密度越来越高，承担机械与电气连接功能的焊点尺寸越来越小，而任意一个焊点的失效就有可能造成器件甚至开关电源的失效。因此，焊点的可靠性是电源适配器可靠性的关键之一。在实际中，焊点的失效通常由各种复杂因素相互作用引发，不同的使用环境有不同的失效机理，焊点的主要失效机理包括热致失效、机械失效和化学失效等。
1.热致失效：热致失效主要是指由热循环和热冲击引起的疲劳失效，高温导致的失效同样包括在内。由于表面贴装元件、PCB和焊料之间的热膨胀系数不匹配，当环境温度发生变化或者开关电源本身发热时，焊点内就会产生热应力，随开关电源的间断使用次数，应力的周期性变化导致焊点的热疲劳失效。
2.机械失效：机械失效主要是指由机械冲击引起的过载与冲击失效以及由机械振动引起的机械疲劳失效。当电源适配器的印制电路组件受到弯曲、晃动或其他的应力作用时，将可能导致焊点失效。一般而言，较小的焊点是电源组件中薄弱的环节。当它连接柔性结构有引脚的元件到PCB时，由于引脚可以吸收一部分应力，故障点不会承受很大应力。但是当组装大体积的器件后，当电源组件受到机械冲击时，例如，跌落或者PCB在后续的装配和测试工序中受到了较大的冲击或者挤压弯曲，而器件本身的刚性又比较强时，焊点就会承受较大的应力，导致焊点疲劳失效。即使当这种应力远低于屈服应力水平时，也可能引起金属材料疲劳，经过大量小幅值、高频率振动循环后，振动疲劳失效就会产生。尽管每次振动循环对焊点的破坏很小，但经过很多次循环，将会在焊点处产生裂纹。随时间的推移，裂纹还会随循环次数的增加而蔓延。
3.电化学失效：电化学失效是指在一定的温度、湿度和大气压条件下，由于发生电化学反应而引起的失效。电化学失效的主要形式有导电离子污染物引起的桥连、枝晶生长、导电阳极丝生长和锡须等。离子残留物与水汽是电化学失效的核心要素。残留在PCB上的导电离子污染物，可能引起焊点间桥接。特别是在潮湿的环境中，离子残留物是电的良好导体，它们能够跨过绝缘间隙而形成短路。离子污染物可以由多种途径产生，包括印制板制造工艺、焊料、手工操作污染或大气中的污染。
在水汽和电流的综合条件下，由于点解引起金属从一个导体（阳极氧化成离子）向另一个导体（阴极）迁移，会发生外形象树枝的金属枝晶生长。这种失效机理能够导致短路、漏电和其他故障。“锡须”是在电源产品长期储存、使用过程中在机械、湿度、使用环境等作用下，会在镀锡层的表面生长处一些胡须形状的锡单晶体，其主要成分是锡。

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UPS常见问题与解答
1为什么用UPS？UPS的作用是什么？
答：由于信息技术的发展，网络已成为人们生活和工作中不可或缺的部分，构成网络的数字机房的供电可靠性已经成为关键，而机房的可靠供电又是重中之重，UPS就是为了解决不间断供电而设置的，UPS的三大基本功能：稳压，滤波，不可间断。在市电供电时，它是稳压器和滤波器的作用，以消除或削弱市电的干扰，保证设备正常的工作；在市电中断时，它又可以通过把它的直流供电部分（电池组，柴油发电机等）提供的直流电转化为完美的交流电供负载使用，其中由市电供电转电池供电一般为0时间切换，这样就使负载设备在感觉不到任何变化的同时保持运行，真正保证了设备的不间断运行。
2.       UPS一般带感性负载的能力强还是带容性负载的能力强？为什么？
答：一般UPS就是按感性负载设计的，所以带感性负载是它的本分。一般UPS逆变器输出端并联的电容器一方面起滤波作用，另一方面是抵消负载中的电感分量。如果负载时容性，又如何用电容去抵消电容性分量呢？只能使输出的电容分量加大，而这些电容分量的电流又必须由逆变器提供，使逆变器输出的有功分量减小，所以带载的能力就减弱了。
3.       STS(静态开关),LBS(同步器)及双总线的作用是什么？
答：STS的作用是将两路输入交流电进行切换，LBS的作用是将两组UPS同步，目的是为了使STS的切换时间为零。双总线的作用是为了给用电设备提供冗余的电源。
4.       EPS和在线式UPS的主要区别是什么？两者的主要用途是什么？
答：与UPS相同之处：EPS是100%的后备式UPS，它的工作原理和后备式UPS一样。不同之处：EPS由于带的负载不同，比如照明和启动水泵等，功率需要做的很大，在启动水泵时可以将逆变器做成变频器；而后备式UPS由于主要的对象是PC机之类的IT设备，所以容量很少有超过3KVA的。一般3KVA以上的IT设备都选用在线式UPS，在IT设备场合无论如何是不能用EPS的。
5.       工频机和高频机比较各有什么优缺点？高频机能否取代工频机？
答：工频机UPS：缺点是输入功率因数低，功耗大，效率低，体积大，笨重，价格高，可靠性低；优点是制造相对容易，尤其是采用手工作业影响也不大，要求一致性相对低一些。 高频机UPS：优点是输入功率因数高，功耗小，效率高，体积小，轻便，可靠性高；但对生产手段要求高，要求一致性严格。
6.       为什么UPS的容量用VA表示？这叫什么功率？
答：有功功率的单位是瓦特（W），无功功率的单位是乏（var）。一般UPS的容量都用视在功率表示，由于视在功率中既包含有功功率，也包含无功功率，既不能称作W也不能称var,既然是视在功率是伏特（V）与安培（A），就索性称为VA。
7.       什么叫有功功率，什么叫无功功率？
答：有功功率指的是能使负载做功的功率，比如使灯泡发光，使电路工作等等。做功后又完全变成热量散发到大气中，一去不复返。无功功率指的是储存在储能装置（器件）中的功率，它可以转化为有功功率。

8.       UPS效率的定义是什么？它代表什么？和功率因数是一回事吗？
答：UPS效率的η的定义是：输出有功功率P与输入有功功率P’之比的百分数，即：η=（P/P’）％。它是衡量UPS功耗大小的标志。和功率因数不是一码事。
9.  蓄电池的容量单位是什么？它的含义是什么？
答：蓄电池的容量单位是安培小时，简称安时（AH），它的含义是该电池在指定放电率的条件下恒流或者恒功率放电，到指定放电时间结束瞬间放出的容量数。如放电率为10，容量为100AH的电池，用放电电流10A恒流放电10H，所放出的容量就是100AH。
10.  了解UPS发展情况对用户有何好处？
答：了解UPS发展的方向主要的目的是使用户避免购买已经过时而已被淘汰或马上就被淘汰的设备，以免造成不必要的损失。目前UPS已经发展到了在线式并联冗余模块化解决方案系统UPS，请渠道商和用户都能认识到模块化已经来临，它将取代传统UPS在数据机房的应用。
11.  UPS的发展趋势是怎样的？
答：发展UPS技术的主要目的是提高UPS对输出端负载的动态响应越来越快又好。显然，模块化UPS采用国外先进的高频技术，所能实现的动态响应速度快，效果好。
12.  传统工频机带输出隔离变压器是否可以增加带载能力和降低零地电压？
答：工频机的输出隔离变压器严格讲是它逆变部分不可或缺的组件，没有全隔离效果，因为旁路无隔离，零线无隔离。
13.  UPS上有防雷吗？
答：UPS可以选配输入C级防雷，它有两种方式： 1）以保护负载为优先的防雷；  2）以保护供电为优先的防雷，但是作用不大。因为UPS装了防雷充其量只能使配电柜中省一级防雷，但是配电当中还是不能省略防雷装置。      防雷在UPS选择中当属十分次要的因素。
14.  UPS带了隔离变压器是否可以抗过载能力增强？
答：错了，那是反应速度慢，过载以后UPS都会跳旁路工作，等负载正常后再恢复整流和逆变工作。我们应该通过升级UPS容量来满足日益增长的负荷扩容需要。
15.  工频机的质量是否更加稳定？
答：插墙式电源适配器国内一些高频机是因为生产时候节减成本、生产条件和设计落后而造成的质量不过关。目前的高端ＵＰＳ品牌如：德国威图、PK、美国爱克赛、艾默生、瑞士能威等均有高集成度的模块化高频UPS系列。它更加环保、节能，是绿色机房UPS发展的趋势。
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