汽車鼓風(fēng)機(jī)連接器燒蝕問題分析

李 強(qiáng)，舒世燕，杜曉蕊，孫冠勇

（河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030）

1 引言

汽車鼓風(fēng)機(jī)作為汽車空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部分，是汽車舒適性的一個(gè)重要保障，而作為汽車電氣系統(tǒng)關(guān)鍵零部件的汽車連接器，其分布在汽車上任何一個(gè)需要電連接的地方，是汽車電性能穩(wěn)定的重要保障。對于汽車鼓風(fēng)機(jī)而言，其也需要連接器來連接相關(guān)線束，從而實(shí)現(xiàn)電連接功能。

2 問題描述

河南天海電器有限公司作為國內(nèi)最大汽車連接器研發(fā)與生產(chǎn)基地，近期接到客戶反饋某款已批量供貨多年的鼓風(fēng)機(jī)連接器出現(xiàn)幾起連接器燒蝕的現(xiàn)象，通過對故障件進(jìn)行拆解，發(fā)現(xiàn)燒蝕現(xiàn)象全部集中在兩處，分別為連接器插座端子與插針接觸處、插針端子與線路板焊接處，如圖1所示。

對于這種問題，我們一并分析了整條電路上其他部件的使用情況，發(fā)現(xiàn)回路中3平方導(dǎo)線與40A熔斷片都正常，并沒有熔斷片熔斷與導(dǎo)線發(fā)煙的現(xiàn)象發(fā)生。

同時(shí)我們了解到目前這款連接器的4條回路中，中間兩個(gè)孔位是實(shí)現(xiàn)信號(hào)連接、兩邊的孔位為電源連接，目前故障全部發(fā)生在與電源線相關(guān)的Pin角接觸處。

圖1 故障件圖片

3 問題原因分析

3.1 準(zhǔn)確定位問題原因

從問題描述中我們發(fā)現(xiàn)，目前同回路中導(dǎo)線與對應(yīng)熔斷片都沒有故障，而連接器出現(xiàn)燒蝕。這種現(xiàn)象我們判斷是溫升超過了連接器的正常使用溫度導(dǎo)致，故先對連接器溫升超過使用溫度的情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 端子溫升實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)

由實(shí)驗(yàn)得出：在室溫23℃時(shí)，對回路通49A電流，55s后連接器端子上溫度達(dá)到140℃ （若在80℃環(huán)境溫度下，通33A電流時(shí)，55s后端子溫度達(dá)到140℃）。目前該款連接器使用的材料為PA66，額定工作溫度為125℃，同時(shí)該產(chǎn)品使用鍍錫端子，其使用溫度為130℃。

然后通過對Littelfuse 40A熔斷片進(jìn)行性能參數(shù)查詢，發(fā)現(xiàn)對于40A熔斷片其過載135% （54A），熔斷時(shí)間在1～30min之間，如圖3所示；另外對3平方的AVS導(dǎo)線在50A的發(fā)煙時(shí)間進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)查詢，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線發(fā)煙時(shí)間大于1000s，如圖4所示。

圖3 Littelfuse熔斷參數(shù)

圖4 導(dǎo)線發(fā)煙數(shù)據(jù)

3.2 連接器標(biāo)準(zhǔn)對連接器使用環(huán)境的定義

通過以上數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)室溫環(huán)境下，回路出現(xiàn)49A電流時(shí) （或者在80℃的環(huán)境溫度下，回路中出現(xiàn)33A電流時(shí)），保持通電不超過1min的時(shí)間，這時(shí)候?qū)Ь€不會(huì)出現(xiàn)發(fā)煙，同時(shí)熔斷片也不會(huì)出現(xiàn)熔斷，但是對于回路中的連接器接觸處的溫度 （溫升加上環(huán)境溫度）會(huì)超過連接器正常使用溫度，從而導(dǎo)致連接器塑性變形、端子彈性接觸點(diǎn)因?yàn)椴牧系膽?yīng)力松弛而接觸電阻增加，這些變化又會(huì)反過來增加端子的溫升，形成惡性循環(huán)等。

所以這種偶發(fā)性燒蝕問題，可以判斷是因?yàn)殡娐分蓄l繁出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)電流，并引起回路中溫升超過連接器使用溫度而導(dǎo)致的連接器燒蝕。

3.3 連接器回路中最高發(fā)熱點(diǎn)定位

通過對故障件分析發(fā)現(xiàn)連接器燒蝕主要集中在連接器插針端子與插座端子接觸處、插針端子與線路板焊接處，為此我們建立驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)臺(tái)如圖5所示，并分別對2處發(fā)熱點(diǎn)搭載熱電偶，對其溫升進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如圖6所示。

圖5 溫升發(fā)熱點(diǎn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)臺(tái)

圖6 A、B監(jiān)測點(diǎn)

通過采集相應(yīng)的電流與溫升數(shù)據(jù)，得出相應(yīng)溫升對比曲線，如圖7所示。我們發(fā)現(xiàn)相同電流和通電時(shí)間的條件下，插座端子與插針相連的部位A的溫升比線路板上插針的焊接位置B溫升低，且隨著電流增大，此溫升差距也逐漸增大，通過實(shí)驗(yàn)判斷此回路的最大發(fā)熱點(diǎn)來源于線路板與插針焊接處。

圖7 溫升對比數(shù)據(jù)

3.4 連接器回路中最高發(fā)熱點(diǎn)原因分析

對于這種線路板焊接的插針若發(fā)熱主要是因?yàn)楹附硬涣家穑瑸榇宋覀儗收霞M(jìn)行可焊性投影檢測分析，如圖8所示。

圖8 故障件線路板樣品

通過對投影結(jié)果進(jìn)行分析，我們看到故障件存在非常明顯的虛焊現(xiàn)象，如圖9中紅圈標(biāo)記處，特別是出現(xiàn)嚴(yán)重?zé)g的pin角，虛焊現(xiàn)象非常嚴(yán)重，為此我們又對一個(gè)新焊接線路板 （圖10）進(jìn)行可焊性投影檢測。

圖9 投影分析圖

圖10 新焊接線路板樣品

通過投影檢測，新焊接的線路板也存在很明顯的虛焊現(xiàn)象 （圖11紅圈標(biāo)記處），雖然這種虛焊情況相比于故障件的虛焊情況要好很多，但是這種虛焊在線路板焊接中都是不可接受的。

圖11 投影分析圖

通過進(jìn)一步與線路板廠家進(jìn)行溝通，了解到目前線路板的插針焊接都是通過工人手工焊接來實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的。手工焊裝使用的電烙鐵頭部溫度在350℃左右，焊裝時(shí)烙鐵頭在非常短的時(shí)間內(nèi)把引腳、焊盤表面和焊錫絲加熱到焊錫絲熔化的溫度，若焊裝時(shí)間不夠長，熔化的錫液只是附著在焊盤的表面，并沒有完全流入焊盤內(nèi)孔，若焊裝時(shí)間過長，極易損傷焊盤影響回路性能。所以焊裝時(shí)間的長短直接影響焊裝的產(chǎn)品性能，一般情況下我們不允許使用手工焊裝器件 （非功能性手工樣件除外），必須使用波峰焊、回流焊工藝，才能滿足產(chǎn)品性能要求。

通過以上的分析，我們得出這次品質(zhì)故障，主要是因?yàn)榫€路板虛焊，在通過大電流的時(shí)候引起發(fā)熱并燒蝕線路板與插針接觸部，同時(shí)又通過熱傳導(dǎo)燒蝕相應(yīng)的連接器與端子，從而引起連接器功能失效。

4 優(yōu)化措施

因?yàn)楣娘L(fēng)機(jī)是感性負(fù)載，乘用車鼓風(fēng)機(jī)最大堵轉(zhuǎn)電流超過37A，所以建議通過以下方式來優(yōu)化回路載流能力，降低溫升。

1）回路中使用導(dǎo)線由3mm2調(diào)整到4mm2，這樣可以增加回路散熱與載流能力，相關(guān)過載驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖12所示。

圖12 端子3、4平方導(dǎo)線過載實(shí)驗(yàn)對比圖

通過實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)使用4mm2的導(dǎo)線的回路在過載情況下連接器端子接觸處的溫升要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于同實(shí)驗(yàn)條件下使用3mm2導(dǎo)線的溫升數(shù)據(jù)。

2）用電器端輸出功率的規(guī)范與控制，并且防止插針端子在焊接過程中出現(xiàn)虛焊現(xiàn)象，不能使用人工焊接的方式批量生產(chǎn)。

5 總結(jié)

針對汽車鼓風(fēng)機(jī)連接器燒蝕案例的分析，我們整理出如下解決此類問題的思路與方法。

1）首先，對于整個(gè)電氣回路找到整個(gè)回路的耐溫最薄弱環(huán)節(jié)，如在本案例中通過對比導(dǎo)線、熔斷片、連接器耐溫等級(jí)，分析找到耐溫最薄弱環(huán)節(jié)為連接器連接處。

2）其次，定位電氣回路中最熱發(fā)熱點(diǎn)，只有找到了最熱的發(fā)熱點(diǎn)，才可以有的放矢地去解決相關(guān)問題；如在此回路中找到了線路板與插針焊接處為最熱發(fā)熱點(diǎn)，并以此找到問題的解決思路與辦法。

3）最后，對于汽車鼓風(fēng)機(jī)電氣回路，推薦選用4mm2導(dǎo)線便于增加回路中載流能力與散熱能力，同時(shí)在插針與線路板焊接處不能通過手工焊接來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。