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直流无刷风扇老化制程
Aging process of DC brushless fan
壹
老化制程发展状况
谈起直流无刷风扇行业在国内的发展起源应该还要追溯到上世纪90年代，大概92年开始，以台资直流风扇企业为主体的外资企业大举在中国大陆开设工厂，拉开了这个行业的序幕，而当时的产品应用领域主要以相对品质要求较高、需求量较大的3C产业为主。
最早期的PC电源风扇、CPU散热风扇、显卡风扇、通信产品散热风扇等都是那个年代的高端零组件，彼时的直流风扇生产制程的老化环节以老化房为主体，标称控温范围通常在60±5 ºC；
空间选择一般采用车间一角或靠墙一边搭建比较大型的老化房，所有的电源供应器、老化车架等统一置于老化房内，也有将电源供应器置于房间相邻的外边，与控制系统放置在一起，通过穿透墙体进线与台车连接的模式，这一种作业模式在当时代表了主流的制程模式，也是相对严苛的高标准制程环节。
随着终端需求的不断提高和直流无刷风扇制造技术的不断进步，老化制程的标准也随之不断升级调整，如果我们用今天的标准回头去看，确实是有很多值得检讨改善的地方，接下来我们尝试剖析该制程的必要性以及规划的合理性。
贰
为什么要在量产环节导入老化制程？
有别于产品研发阶段的信赖性和寿命试验，经过了研发和试产阶段的各项验证，量产阶段对成品增加该制程环节的的确确对工厂的生产制造增加了很大的负担，但实际情况恰恰相反，越来越多的直流无刷风扇生产企业针对高标准的产品导入了该制程，而且目前看来愈演愈烈，这是基于什么考量?
我们以一颗双滚珠轴承风扇举例，尝试去分析组装完成后的老化环节到底给产品带来了什么样的潜在变化？我将原物料大致分解为：
1、定子组件；
2、PCBA组件；
3、转子组件；
4、扇框及中管；
5、滚珠、弹簧、扣环；
6、胶水等辅料；
基于以上我们逐个分析。
1. 定子组件可能在高温及ON/OFF循环状态下产生变量的部分大致以线圈和电子元器件为主，定子绕线后首先经过了严苛的阻抗、耐压和匝间绝缘测试，但是属于瞬态测试模式，持续高温实况运转有可能让部分似是而非的状态加速暴露。
2. PCBA组件的老化在各类电子制造行业比较常规，SMT或是插件焊接工艺的部分虚焊、短路及其他异常有机会在老化制程下加速暴露。
3. 单单分析转子组件的组成部品，貌似叶轮、轴心、磁轭、磁环在60-80 ºC的温度条件下呆上1-2小时应该没啥变异，但是实际作业中塑胶扇叶可能因为成型过程中存在应力造成老化后产生形变；轴心和转子的结合垂直度也是一个潜在变异点；另外还有一个重点在于胶水，包括叶轮-磁轭-磁环彼此之间的粘接胶水和平衡胶泥的粘接力是否可靠。需要补充一点，在高温环境下，磁环的磁性可能会变化，同时磁感应元件(Hall IC)的感应能力也有可能变化，如果存在充磁不良或Hall IC位置偏离，风扇会发生感应不良，转速会显著降低或是其他显著异常，需要特别提醒的是，此类不良在风扇回到常温时通常会消失，只有在老化过程中全程实时监控电流、转速，才能更有效侦测此类不良，综合考虑其必要性，我们一般更愿意将其划分至产品研发阶段的信赖性和寿命试验以及量产过程的抽样ORT测试。
4. 扇框和中管如果应力释放没问题、垂直度没问题，那应该就没其他问题了。
5. 滚珠、弹簧、扣环就物料本身对于高温环境应该没太多变量，要防范的应该主要在装配工艺的可靠性与一致性，当然针对紧配高转机型可能要重视了。
6. 关于胶水辅料部分，大体就是定子与中管粘接或是部分紧配轴承使用，原则上讲也有一定的加速暴露的可能。
基于以上可能性，大量高要求的生产厂家在成品组装完成后基于不影响产品寿命的原则加入老化制程，以确保随后的成品特性检测能更大概率的将不良品拦截在工厂内部。
叁
老化制程如何规划更合理
我们先分析常规直流无刷风扇老化时的必要条件与反馈特性：
必要条件：
1. 环境温度； 2. 工作电压输入；3. ON/OFF控制；4. 转接端子 5.控速条件（以PWM信号的频率、占空比、幅值三要素为主）； 6. 产品定位（包括进出风口最小空间预留）；
反馈特性：
1. 运转电流；2. 运转转速；3. FG信号电平；
从必要性来讲，我认为反馈特性的监视为可选择性项目，如果我们可以比较肯定的保证产品接收到了必要条件，这样就能处于我们预期的老化状态中，当老化结束时，我们通过成品特性检测来保证不良产品的拦截，当然针对试验阶段的信赖性与寿命试验，反馈特性的实时监视与数据分析肯定是必要的，接下来我们重点分析量产老化时必要条件的供给。
1. 关于工作温度的提供，这里大体就是两种模式：“大房子”与“小箱子”，从温度的需求范围而言，目前比较典型的需求就是常温、60 ºC、80 ºC、100 ºC这几个典型需求，常温老化机型适合房子作业，主要是隔音，但相对需求较少；房子不适合高温要求，首先房子里面是不断有操作人员进进出出的，这是一个制约条件，其次假设要等人员离开再升温，从能耗到作业效率都受到制约，我们很难灵活的单台上下料作业；正是因为这些原因，在大约2008年以后，采用箱式的高温烤箱的设计模式开始成为主流形态，而还有一个事实是老化作业时的能耗主体在于产品供电，所有的风能转化为热能最终需要强排才得以控温。
2.关于工作电压输入，这里大体会有三个层面的考量：
A. 电压输入范围，直流风扇、电机行业通常以5V/12V/24V/48V/72V几个典型电压，这会导致我们在电源供应器选择上偏向于考虑大功率宽范围可编程电源，以0-60V/0-80V为首选。
B. 电源能耗，这里必须强调一点，电压范围越宽，在低压情况下实际使用效率越低，如果能按不同电压规划设计为定电压供电，会在电源投资以及后续能耗上有很大改善，弊端是设备通用型被限制。
C. 电源压降，为降低成本，我们一定会采用大功率电源相对集中供电，由于电源输出通过较长线材和连接组件最终才与产品连接，线路阻抗较大且电流也很大，这种情况下，线路压降成为行业难题。如何有效降低线路压降带来的电压损失，无外乎几个改善手段：
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01 |
将电源分流，以50A/100A为输出单元，不宜更大； |
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02 |
改善连接线材与连接器整体阻抗，采用相对更粗的线材以及连接阻抗更小的连接器； |
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03 |
将电源供应器电压参考Sensor尽量布置在靠近产品输入端。 |
3. 关于控速条件，关于这一点我个人觉得有胜于无，当然实验室阶段是必要的，量产老化似乎全速运转即可。
4. 关于ON/OFF控制，这里有必要强调，传统模式下的硬触点接触器在直流大电流带电吸合时容易产生高压电弧，并且接触阻抗偏大导致比较大的压降损失，强烈建议采用基于MOS管的软开关模式。
5. 关于产品定位，这一项是很重要的一环，关系到我们日常作业的便捷性，也关系到每一台设备的最大容载量和单位产出效率，也关系到我们老化的有效性，背靠背的排列肯定会大打折扣，到底是在箱体内上下料，还是一盘盘上下料，还是整车上下料，关乎我们的长期生产效率指标，需要谨慎关注。
6. 关于转接端子，考虑到每一个材料的连接器均有可能不一样，或者一样的连接器也会PIN位定义不一样，量产时无法避免的要为每一款产品配置与之匹配的转接端子，但是转接端子与设备台车之间连接端必须标准化，考虑到长期大量高频使用，这个物料必然是易损件，需要经常更换并焊接制作，所以选择可靠、长寿命、易于焊接制作的高性价比连接器是一个重点。
肆
老化制程的发展趋势
从更长远的角度考量，当前是一个电子产品推陈出新的盛世，越来越多的电子类产品不断朝着高功率、小体积、低噪声、低振动的极限突进，倒逼所有的直流风扇类供应厂家在产品设计与生产制程技术上不断升级，成品风扇老化在越来越多的行业成为必要生产制程，甚至于数据监视以及数据上传存储与可追溯都有成为必然的趋势，但是该制程确实给整个行业的生产厂家增加了沉重的负担，无论是场地、设备、电力、人员、耗材等方面都增加了很大的生产成本，因此如何更科学的规划该制程环节以获取最佳的投资回报已经是一个不可回避的问题，后续我们会基于多年的行业经验累积跟各位读者分享更多我们的行业和产品主张。
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