在上一篇《有了它，輕松拿捏電驅(qū)系統(tǒng)逆變器“制造”》（點擊查看）文章中，介紹了逆變器生產(chǎn)過程中清潔度控制和檢測方法以及逆變器元器件在組裝中的非接觸式檢測兩方面的內(nèi)容。除此以外，蔡司的無損檢測技術(shù)在全球也是遙遙領(lǐng)先。

該技術(shù)除了應(yīng)用到逆變器的生產(chǎn)制造過程中，還大量應(yīng)用于異步電機鑄鋁轉(zhuǎn)子的鑄鋁質(zhì)量檢測。

一、逆變器裝配完成后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)無損檢測

1、接插件對插后的無損檢測

新能源汽車逆變器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜。PCBA之間的連接通常會涉及到非目視對接以及盲插。內(nèi)部模塊化的逆變器產(chǎn)品一旦裝配完成，就無法確認(rèn)模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的組裝狀態(tài)。

現(xiàn)階段，電控企業(yè)采取的是通過線下電性能測試來確認(rèn)模塊的功能完善性。EOL電性能測試，只能保證逆變器產(chǎn)品在下線時的功能是否滿足要求，卻無法保證元器件接觸狀態(tài)是否可靠，依舊可能會存在虛接、錯位的風(fēng)險。

逆變器裝配后主要的失效模式有如下情況：

首先，在生產(chǎn)過程中，由于尺寸公差的累加，或者PCBA貼片焊誤差，或者PCBA裝配后產(chǎn)生形變等一系列生產(chǎn)工藝的變化，都可能讓接插件匹配偏離設(shè)計，而導(dǎo)致電氣連接失效。

如下圖中，大電流銅排的公端貼在一塊PCBA上，母端貼在另一塊PCBA上，再通過盲插將PCBA之間連接起來。這時，所有的接插狀態(tài)被遮擋，通過常規(guī)檢測手段無法探測公端和母端之間是否實現(xiàn)了合格的連接。

▲圖1大電流銅排的公母端連接,圖片來源：蔡司

其次，在焊接時，可能會出現(xiàn)貼片位置不準(zhǔn)、盲插插歪了（或者沒插上）、插的外力太大，導(dǎo)致母端被撐大等等，以至于公母端接觸不良，就可能導(dǎo)致大電流狀態(tài)下，因銅排接觸不良而溫度上升。如果工作溫度持續(xù)超過限定的工作溫度，逆變器內(nèi)部零部件就可能產(chǎn)生失效。

而EOL下線電性能測試，難以發(fā)現(xiàn)接觸不良這類物理性質(zhì)的問題，無法覆蓋上述相關(guān)失效，從而影響產(chǎn)品可靠性。

此外，多合一控制器 PCBA的數(shù)量變多，連接端口更多，存在的風(fēng)險也更高。

為避免以上情況，逆變器組裝產(chǎn)線中需要增加逆變器下線后對內(nèi)部元器件接觸狀態(tài)的無損檢測。

▲圖2蔡司ZEISS METROTOM 1500高精度工業(yè)CT,圖片來源: 蔡司

▲圖3逆變器下線后對內(nèi)部元器件接觸狀態(tài)的無損檢測,圖片來源: 蔡司

▲圖4使用工業(yè)CT技術(shù)無損檢測內(nèi)部電連接,圖片來源: 蔡司

蔡司工業(yè)CT的解決方案中，不僅可以根據(jù)X-RAY的探傷原理將不同原材料的結(jié)構(gòu)件區(qū)分開來，更可以使用測量型CT，在做3D探傷的同時，對復(fù)雜結(jié)構(gòu)直接進行尺寸測量，從而減少檢測工時，同時又避免了因為頻繁調(diào)整測量基準(zhǔn)而帶來的尺寸偏差。

2、PCBA電路板、走線、錫焊質(zhì)量檢測

2D X-RAY在逆變器及各個子零件的生產(chǎn)過程中，作為一個探傷檢測設(shè)備并不少見。但是，隨著產(chǎn)品工藝越發(fā)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)越來越繁瑣，2D的探傷逐漸無法完全覆蓋現(xiàn)在的重要失效模型。故而3D工業(yè)CT技術(shù)也逐漸被引入產(chǎn)線生產(chǎn)過程中。尤其是斷層掃描技術(shù)對探測逆變器內(nèi)部復(fù)雜的連接結(jié)構(gòu)有著先天的優(yōu)勢。

▲圖5PCBA CT掃描檢測,圖片來源：蔡司

集成電路板組裝后可能會出現(xiàn)裝配缺陷。無損檢測可對PCBA板的焊球質(zhì)量、焊錫缺陷、連接線短路、元器件缺失等進行檢測。半導(dǎo)體邏輯器件檢測中，有多種材料需要達(dá)到很好的襯度，便于區(qū)別。同時在失效檢查中，需要進行無損檢測，避免結(jié)構(gòu)破壞。

蔡司的高分辨率和高精度工業(yè)CT可以獲取完整的PCB圖像，通過重構(gòu)清晰的三維模型，了解內(nèi)部缺陷和連接情況；通過高級復(fù)合材料偽影縮減（AMMAR），清晰的區(qū)分出定位銷和塑料；可一次性掃描多樣件，通過多樣件拆分功能，自動分割成單獨體積。

▲圖6PCBA板不同層電路質(zhì)量CT掃描檢測,圖片來源：蔡司

蔡司的高分辨率和高精度工業(yè)CT可無損檢測PCB內(nèi)部走線狀態(tài)，并進行截面分析；元器件焊接后，通過重構(gòu)清晰的三維模型，了解內(nèi)部缺陷和連接情況。對每層layer的狀態(tài)進行確認(rèn)。

3、PCBA上貼片質(zhì)量檢測

蔡司的高分辨率和高精度工業(yè)CT可以對PCBA上的貼片進行多角度掃描，并進行觀測?？梢钥焖贉?zhǔn)確的確認(rèn)失效元器件的位置和尺寸。

▲圖7PCBA板貼片元器件CT掃描檢測,圖片來源：蔡司

上圖中的紅色框內(nèi)為有缺陷的元器件，失效點可以通過測量相關(guān)數(shù)據(jù)信息，供工程師進行判斷。

▲圖8PCBA板貼片元器件CT掃描測量數(shù)據(jù),圖片來源：蔡司

二、異步電機鑄鋁轉(zhuǎn)子內(nèi)部缺陷檢測

隨著高性能電四驅(qū)的出現(xiàn)，因異步感應(yīng)電機的零扭損耗要比永磁同步小，而且兩驅(qū)變四驅(qū)時切換速度快，駕駛感受（NVH）比永磁+斷開機構(gòu)要好，因此異步感應(yīng)電機已大規(guī)模應(yīng)用于電四驅(qū)車輛，尤其是低成本的鑄鋁轉(zhuǎn)子異步機。

鑄鋁轉(zhuǎn)子中需要鑄造的部分是鼠籠和兩側(cè)短路端環(huán)，但如果工藝過程控制不當(dāng)，鑄造部分內(nèi)部會產(chǎn)生氣孔、夾渣、裂紋等缺陷。

轉(zhuǎn)子是要高速旋轉(zhuǎn)的，如果鑄鋁鼠籠或短路端環(huán)存在鑄造缺陷，且超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，轉(zhuǎn)子在運行過程中，端環(huán)部分就會出現(xiàn)變形、斷裂等失效。因此，異步電機對鑄鋁質(zhì)量有著很高的技術(shù)要求，也就催生了異步機鑄鋁質(zhì)量檢查的要求。

異步機轉(zhuǎn)子在鑄造過程中，從涂層蒸發(fā)的氣體滲透在熔融金屬中，在鑄件的表面或內(nèi)部形成氣孔。如果鑄鋁合金液體中的氣體含量過高，則在固化過程中也會形成氣孔。

在鑄造鋁合金凝固過程中，由于溫度逐漸降低，金屬體積逐漸減小的過程中會產(chǎn)生縮孔?；蛘邿o法完全充滿鑄造腔體，產(chǎn)生缺料。加熱過程中，由于厚度不均勻或局部過熱，鑄件在某個位置緩慢固化，當(dāng)鑄件表面凹入時，體積縮小，產(chǎn)生縮孔。

▲圖9奧迪e-tron的鑄鋁轉(zhuǎn)子,圖片來源: 奧迪

▲圖10鑄鋁轉(zhuǎn)子短路端環(huán)缺陷檢測,圖片來源：蔡司

蔡司高精度工業(yè)CT，通過大功率射線穿透查看鑄鋁轉(zhuǎn)子內(nèi)部質(zhì)量情況，可用于測試轉(zhuǎn)子短路端環(huán)中孔隙的大小和數(shù)量，然后通過ZEISS軟件對記錄的3D數(shù)據(jù)進行孔隙度的分析和分類。落地倉門便于上下料，具有測量范圍大，長時間工作，性能穩(wěn)定可靠等特點。

三、結(jié)語

當(dāng)前電驅(qū)市場競爭激烈，尤其是在成本方面，研發(fā)工程師們需要不斷改進生產(chǎn)工藝模式新技術(shù)能夠量產(chǎn)落地，也需要不斷提升良品率，來保障成本不會大幅度攀升。

此時，電機電控企業(yè)的質(zhì)量控制能力成為勝出的關(guān)鍵要素。需要企業(yè)對電機電控產(chǎn)品設(shè)計效果、裝配尺寸以及制造缺陷等能夠清晰掌握，及時發(fā)現(xiàn)瑕疵，并在每一步的質(zhì)量控制上都做到更好。

在電控的研發(fā)和生產(chǎn)中，通過光鏡和電鏡聯(lián)用技術(shù)，對金屬異物進行采樣分析來實現(xiàn)更佳清潔度檢測。通過在產(chǎn)線上安裝和設(shè)置三維光學(xué)測量設(shè)備來實現(xiàn)對高接觸敏感度元器件來料的無接觸式檢測，通過CT技術(shù)探測逆變器內(nèi)部復(fù)雜的連接結(jié)構(gòu)來發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品裝配完成后的虛接、錯位的風(fēng)險。通過CT鑄鋁轉(zhuǎn)子的內(nèi)部缺陷，對開發(fā)和生產(chǎn)出高性能和低成本的電機電控產(chǎn)品至關(guān)重要。

正所謂“工欲善其事，必先利其器”，更優(yōu)秀的電驅(qū)產(chǎn)品離不開更高效有力的檢測工具。蔡司正在積極地探索檢測與成像技術(shù)，發(fā)掘自身的百年積淀，為電驅(qū)的性能提升和成本優(yōu)化，提供著更加“趁手的工具”，為行業(yè)發(fā)展發(fā)揮著更大的促進勢能。