印制板及其组件(PCB&PCBA)是电子产品的核心部件,PCB&PCBA的可靠性直接决定了电子产品的可靠性。为了保证和提高电子产品的质量和可靠性,对失效进行全面的理化分析,确认失效的内在机理,从而有针对性地提出改善措施。
电子元器件失效分析的目的是借助各种测试分析技术和分析程序确认电子元器件的失效现象,分辨其失效模式和失效机理,确认最终的失效原因,提出改进设计和制造工艺的建议,防止失效的重复出现,提高元器件可靠性。
集成电路复杂度与性能要求的持续攀升,叠加设计、制造、封装及应用环节的潜在风险,导致短路、开路、漏电、烧毁、参数漂移等关键失效模式频发。这不仅造成昂贵的器件报废与系统宕机,更常引发设计方、代工厂、封测厂与终端用户间的责任争议,带来重大经济损失与信誉风险。
高分子材料性能要求持续提升,而客户对高要求产品及工艺的理解差异,导致断裂、开裂、腐蚀、变色等典型失效频发,常引发供应商与用户间的责任纠纷及重大经济损失。
金属构件服役环境日益苛刻,对材料性能和结构可靠性提出更高要求。然而,设计缺陷、材料瑕疵、制造偏差或不当使用等因素,极易引发疲劳断裂、应力腐蚀开裂、氢脆、蠕变、磨损、过载变形等典型失效。
没有找到您想要的?
立即咨询专业工程师为您服务
没有找到您想要的?
立即咨询专业工程师为您服务
美信检测以海量失效数据库构建技术优势,全谱系案例、复杂场景方案、头部企业合作及体系化知识产权,各展其能。凭借百万级失效解析积累,精准洞察本质,让检测报告为客户质量升级提供有力支撑,实现失效归零。
没有找到您想要的?
立即咨询专业工程师为您服务
实时更新美信检测最新资讯,包括技术、展会、活动等动态。我们以专业检测为基石,为客户定制解决方案,从源头把控质量,助力客户在市场竞争中脱颖而出,实现商业成功。
没有找到您想要的?
立即咨询专业工程师为您服务
美信检测是一家具有国家认可资质的商业第三方实验室,我们专注于为客户提供检测服务、技术咨询服务和解决方案服务,服务行业涉及电子制造、汽车电子、半导体、航空航天材料、AI算力服务器液冷等领域,在深圳、苏州、西安、北京和上海均建有实验基地,设立了多学科检测和分析实验室。
没有找到您想要的?
立即咨询专业工程师为您服务
专业检测网站,数据精准洞察,为投资者筑牢信任基石
没有找到您想要的?
立即咨询专业工程师为您服务

烧得面目全非,元凶竟是一道铜线裂纹?

发布时间: 2026-09-24 00:00
分享至:

某车用直流电子风扇在使用过程中,开启空调后随即跳保险,进一步拆解发现,电机内部已经严重烧损,转子、定子、漆包线及塑料件几乎无一幸免。

但电机严重烧毁只是结果,真正引发连锁失效的,竟然是漆包铜线上的一道小裂纹。

本次分析对外观、断口及表面形貌、金相组织、绝缘漆热稳定性进行了检查,并通过模拟缺相与模拟风扇卡死两组试验复现失效过程。


1.  外观检查:损伤范围大,但发热相对均匀

风扇叶片表面没有明显烧熔现象,叶片背部的刮擦痕迹较旧,并非本次故障的直接热源,拆解电机后发现:

  • 端部壳体明显烧黑;

  • 接入线绝缘层高温软化并粘结;

  • 定子与转子均严重烧损;

  • 壳体内部大部分零件均被烟火覆盖。

风扇电机外观图

风扇电机外观图

进一步观察定子线路,多个电刷接触结构附近的耐火布烧黑程度以及包裹塑料的烧损情况差异不大,说明线路离热源的距离差异不大,整体发热特征明显,并非单一局部接点异常。

壳体定子烧损图

壳体定子烧损图

铜包漆基本全部烧黑,铁芯上的黑色塑料卡箍已完全烧毁,熔融后流动并黏附在铁芯单侧面。磁铁附近壳体内壁并未见到发黑塑料黏附——这说明转子塑料烧熔初期,转速已经很低或处于卡死状态,后续则完全卡死不动。

转子烧损图

转子烧损图


2.  热重分析:绝缘漆可以承受常规温度,但不是根因

对未使用样品上的漆包线进行热重分析。

  • 铜线表面绝缘漆在 410.9℃ 出现明显质量损失,即在该温度点发生裂解,铜包漆的热裂解温度为 410.9℃。

铜包漆热重变化图

铜包漆热重变化图

这解释了为什么故障后绝缘塑料严重碳化、烧黑甚至疏松脆化,但并不能单独解释电机为什么会突然失效。绝缘漆烧蚀是高温结果,不是故障起点。


3. 模拟试验:单匝断线不影响运转,但断开的线头会卡死电机

为验证故障过程,报告设计了两组模拟试验,加载条件均为电流 I=27A、电压 V=13.5V。

模拟一:缺相试验

  • 切断其中一匝铜线后,电机仍可正常运转一段时间,随后卡死。

  • 拆解发现,断开的铜线卡入磁铁与铁芯之间。

也就是说,单线匝断路本身并不影响运转,真正的杀手是断线后的金属线头。

模拟二:风扇卡死试验(三个子项)

  • 正常运转:风扇固定在板上正常通电,风速较快,运转无明显异常;

  • 缠绕 1 圈:初始电压 V=5.1V,后续缓慢升高。风扇启动扭矩很低,稍微一点阻力就足以使叶片无法转动;

  • 缠绕 4 周:初始电压 V=5.1V,后续缓慢升高。3 分钟后壳体冒烟,电压升至约 7V,热电偶显示温度约 100℃;10 分钟后烟量明显增多,电压约 7.8V,温度约 200℃;15 分钟后烟大量冒出,电压约 9.1V,温度约 248℃,过程中可听到"噼啪"爆破声响;21 分钟后依旧浓烟,电压降至约 7.6V,温度约 296℃。冷却后拆解,模拟样品的整体烧损形貌与微观特征,与失效电机基本一致。

模拟试验外观图

模拟试验外观图

这组试验复现了"电机卡死—持续过负荷—整体过热—绝缘材料烧毁"的完整过程。需要注意的是:负载过大导致电机无法正常运转时,电流基本恒定不变(27A),变化的是电压——先升后降。另外,K 型热电偶仅触碰线圈表面、并未接触热源心部,所以 296℃ 是偏保守的读数。


4.宏观与 SEM 观察:断口前后存在完全不同的熔痕特征

在转子不同线匝上选取两个典型断裂位置,分别记为铜线 A 和铜线 B。

铜线 A

  • 一端尖锐,被烧熔的黑色卡箍包裹,且明显损伤;

  • 清洗后可见该端基材并非规则圆形,而是呈一段扁平状;

  • 断口附近可见明显划伤痕迹,并被熔融层覆盖;

  • 断口部位存在金属光泽,球状端则可见大量气孔,附近线束明显变细;

  • 远离断口位置还观察到局部裂纹及烧蚀点坑。

转子断裂铜线外观图

转子断裂铜线外观图

转子断裂铜线SEM图

转子断裂铜线SEM图

铜线 B

  • 端部可见较小熔珠,气孔较小;

  • 断口部位存在金属光泽;

  • 局部完好处也可见裂纹分布。

转子断裂铜线外观图

转子断裂铜线外观图

转子断裂铜线SEM图

转子断裂铜线SEM图

这些特征说明,铜线并非在持续高温中"慢慢烧断",而是经历了更复杂的阶段性失效。


5.金相分析:一次短路与二次短路被明确区分

根据 GB/T 16840.4-1997《电气火灾原因技术鉴定方法 第 4 部分:金相法》:

  • 一次短路熔痕:柱状晶或胞状晶、气孔较少、熔痕与导线的过渡区界限明显;

  • 二次短路熔痕:气孔多且大,可见铜与氧化亚铜共晶体等高温氧化特征。

本次金相结果显示:

  • 铜线 A 尖端断口可见柱状晶与胞状晶,线截面气孔较少,熔痕与导线的过渡区界限明显;

  • 铜线 B 端部断口可见胞状晶,线截面气孔较少,过渡区界限同样明显;

  • 两者均符合典型的一次短路熔痕特征,且该过渡区界限在后续高温中依旧明显;

  • 远离初始断口的位置,组织被气孔分割,气孔多且大,周围可见较多铜与氧化亚铜共晶体,符合二次短路熔痕特征;

  • 其他未断裂但烧损严重的铜线,则存在粗大的再结晶组织、无明显气孔,具有明显的过负荷特征。

铜线金相图

铜线金相图

这表明,铜线经历了两个阶段:先有局部瞬时熔断,之后才在电机整体过热和燃烧环境中产生二次短路。


6.失效原因

综合各项检测结果,这起故障的完整过程可以还原为:

1.漆包铜线表面先出现裂纹

铜线局部表面存在裂纹,在振动与缠绕张紧力作用下扩展,使有效导电截面积逐渐减小。

2.启动瞬间电流冲击导致铜线熔断

风扇启动时,铜线需要承受瞬时电流冲击。当裂纹使截面积降至一定程度后,局部电流密度和焦耳热急剧增加,最终造成铜线瞬时一次熔断。

3.断裂线头卡入电机气隙

该风扇启动扭矩本就很低,稍加阻力即无法转动。铜线 A 熔断后,尖锐的金属线头进入磁铁与铁芯之间的缝隙,足以直接造成转子卡滞。

4.电机堵转,电能转化为大量热能

电机卡死后,电磁能无法有效转化为机械能,绕组持续发热。此时电流基本恒定,温度不断攀升,漆包线绝缘层裂解,塑料卡箍熔融、碳化,其他绕组进一步受损。

5.二次短路,最终整机烧毁

在持续高温及绝缘失效环境下,绕组其他位置发生二次短路,最终造成电机整体烧损、保险跳断。

因此,这起故障的根本逻辑并不是简单的"电机过热",而是:

铜线裂纹 → 截面积减小 → 启动瞬时熔断 → 线头卡死电机 → 堵转过负荷 → 整机烧毁。

声明:本案例已做脱敏处理,所有数据均来自实验室真实分析,未经许可不得转载。

7.写在最后

最终烧得最严重的地方,不一定是故障最早发生的地方。

真正引发事故的,可能只是漆包线上一个不起眼的裂纹。等电机烧到面目全非时,最初的关键证据往往也已经只剩下几个微小断口。

相关案例
只差约3℃!这例铝合金主缸体开裂,把热处理窗口的“残酷”讲透了
某铝合金主缸体在产线外观检验时发现开裂,部分产品还出现密封检测漏气。开裂位置位于缸体前端尺寸过渡的倒角区域,这里是壁厚变化部位,也是浇铸、固溶处理和机加工过程中容易产生应力集中的位置。
ACF 胶起泡,不等于 ACF 胶有问题!
ACF 胶里分散着大量导电粒子,每个粒子外层都包着绝缘层。只有在外力作用下被压破,里面的导电层同时接触到金手指和玻璃面,导通才算建立;一旦压合不到位、胶层里裹进气泡,粒子就压不破,连接也就不成立了。
换PCB就好,换锡膏也好了?SMT“葡萄球”真凶藏在你没查的PCB里
某SMT产线在对喷锡板进行回流焊接后,部分焊点出现明显的“葡萄球”现象,焊点周围还伴随少量零散锡珠。现场初步排查时出现了一个很有迷惑性的现象:更换其他厂家生产的PCB后,失效消失;而继续使用原PCB时,更换其他型号锡膏,或者调整炉温曲线,也能够解决问题。
看到面罩裂了,就默认是同一个原因造成的?
车灯最外面那层透明面罩,看起来只是一块硬塑料,但它在户外常年经受紫外线和温差,还要挡住飞石和磕碰,实际要同时应付三件事:透光、耐候、抗冲击。我们最近分析过一件车灯面罩开裂的案例。送检样品上有裂纹,乍看都像"裂了",但光学观察一放大,两种裂纹的形态完全不同...
焊缝没裂、材料合格,金属减震内框为什么会断?
汽车座椅的减震内框是一个不起眼但受力不轻的结构件,它由两段钢件焊接组成,工作时承受来自 Z 轴的循环载荷,长期处于反复受力状态。 我们最近分析过一件减震内框断裂的案例,送检样品断裂位置集中,都在内框靠近焊接处的一侧。焊接件出问题,直觉上会先怀疑焊缝质量,但六项检测做下来,结论指向了另一个方向。
台阶测试中途"啪"地裂开!这枚通气阀帽,到底经历了什么?
橡胶密封件在汽车、家电、工业设备里随处可见,成本不高,却常常决定整个系统的可靠性。通气阀帽就是其中之一:它既要保证内部气压与外界平衡,又要阻挡灰尘、水汽和油污。一旦开裂,密封失效,轻则漏气渗油,重则整机功能异常。
在线客服
业务咨询
免费咨询
报告查询
回到顶部
联系我们
  • *姓名:
  • *联系电话:
  • *邮箱:
  • *公司/单位/学校:
  • *所在地区:
  • *留言信息: