原标题：固态继电器结构可靠性研究与应用

　　摘 要：针对空调用固态继电器因结构不良导致金线弯曲现象，本文从固态继电器失效机理、器件结构工艺设计可靠性等方面进行分析。通过器件失效机理、结构对比、X-RAY等对器件进行全方位分析论断，分析结果表明：固态继电器结构设计存在质量缺陷，在生产过程中因树脂注入黏度，造成金线弯曲现象。本次从器件本身可靠性设计、内部结构布局设计整改，提升器件产品质量。

　　关键词：固态继电器；金线；弯曲；器件结构

　　0 引言

　　固态继电器(Solidstate Relays，SSR)是一种全部由固态电子元器件组成的新型无触点开关器件，它利用电子元件(如发光二极管、双向可控硅等半导体器件)的开关特性，将可控硅和光耦结合，把功率驱动、功率调节、高低压隔离三个特点集成到一起。当输出端导通时，即使输入端撤除后，输出端将仍然导通直至到其两端电压降低到0为止，可达到无触点无火花地接通和断开电路的目的，因此又被称为“无触点开关”。SSR实现弱信号(Vsr)对强电(输出端负载电压)的控制。本文从SSR失效机理、失效因素等方面进行分析，其整改方案思路可以为其他SSR厂家失效分析整改提供借鉴、参考意义。

　　1 事件背景

　　空调用固态继电器引入A厂家器件后，售后工作可靠性表现不佳，通过X-RAY观察发现内部金线变形及绑定不良现象严重（如表1） ，同样过程通过全检也能发现金线绑定不良，问题急需进行攻克解决。

2 IPM失效原因及失效机理分析

　　对固态继电器原理图及实物图（如图1 和图2）核实，从SSR原理图查看左侧1、2、3、4引脚为低电压输入端，右侧5、6、8为高电压控制端。固态继电器通过输入端发光二极管发射，通过光电感应控制6、8脚高压输出，来控制空调室内机电机的转速。

　　对固态继电器进行X-RAY观察，A厂家固态继电器结构是金线绑定进行1引脚与3、4引脚短路（如图3），B厂家固态继电器是铜基板直接连接实现1引脚与3、4引脚短路（如图4）。通过图3、图4对比，能明显发现金线绑定结构与铜框架一体结构现象，通过X-RAY观察确定A厂家与B厂家输入端结构存在不同。

　　对A厂家、B厂家固态继电器进行开封，发现固态继电器发射极A厂家与B厂家结构有所不同。A厂家结构为1引脚与3、4引脚通过金线绑定连接（如图5），B厂家结构1引脚与3、4引脚是铜框架一体结构（如图6），由于后工序进行封装树脂流动、过程周转抖动及其他异常，导致输入端1引脚与3、4引脚金线绑定的变形及框架形变的异常现象。

　　对A厂家固态继电器开封后观察金线绑定结构，发现由于绑定金线过长，在封装时树脂流动已经导致金线变形。B厂家由于结构的稳定性，开封后观察不存在此类现象（如图7）。

3 固态继电器失效整改措

　　施整改措施将固态继电器的输入端结构进行调整，对固态继电器1引脚与3、4引脚的金线绑定结构进行更改，改成与B厂家结构一致，使得1引脚与3、4引脚铜基板直接连接，实现发射极端1、3、4引脚框架结构一体化，一体化后同样实现直接短路，同时增加框架在生产过程的稳定性（如图8）。

4 整改效果验证

　　整改后制品外观上无差别，整改后制品与整改前制品在尺寸、结构等性能参数方面数值保持一致。

　　核实内部结构状态，整改后制品输入端结构进行优化，输入端1引脚与3、4引脚由金线绑定改成一体化结构（如图9。其中，标注①为发光二极管金线绑定，标注②为结构更改处，其他部分结构不变），输出端强电部分结构不变，更改后弱电控制部分各项电性能参数不变。更改后避免了固态继电器在生产过程中因树脂流动、过程周转抖动及其它异常，导致输入端1引脚与3、4引脚金线绑定的变形及框架形变的异常现象。

　　由于对输入端弱电部分结构进行调整，器件半导体未做任何改动，使用原来的发光二极管、双向可控硅等半导体器件，即做结构调整后不影响器件整体性能方面的参数值。同步对整改后新制品在管脚性能参数、极限参数进行测试，与整改前制品参数一致。器件单体性能及装配整机性能测试验证均无异常。

5 固态继电器失效整改总结及意义

　　通过对A厂家SSR产品单体结构分析，并从SSR失效机理、失效因素、器件结构可靠性等多方面进行核实，同步对B厂家SSR产品单体结构可靠性对比论证，发现需从器件本身进行整改。对不同厂家SSR结构进行对比分析，从其他SSR优点结构部分进行吸收优化，对分析评估SSR结构调整优化可以达到的借鉴要求，来提高产品可靠性，整改后效果明显。

　　通过此次整改，器件引入开发时需对器件单体可靠性进行详细有效测试评估，通过与不同厂家对比结构分析，提炼不同厂家结构优势，进行推动优化结构，以提高产品的结构可靠性，同步降低过程应用及售后失效率。