汽車電子產(chǎn)品靜態(tài)電流的影響因素研究

摘要：以汽車電子產(chǎn)品開發(fā)過程中典型的交變濕熱測試為試驗條件，通過一種監(jiān)控汽車電子產(chǎn)品靜態(tài)電流的試驗系統(tǒng)，經(jīng)過多種試驗方案設(shè)計和驗證，研究了影響汽車電子產(chǎn)品靜態(tài)電流的一些主要因素。結(jié)果顯示PCBA 的潔凈度和物料的品質(zhì)是影響汽車電子產(chǎn)品靜態(tài)電流的關(guān)鍵因素。研究結(jié)論為今后有效控制和優(yōu)化汽車電子產(chǎn)品靜態(tài)電流提供了參考。

關(guān)鍵詞：汽車電子產(chǎn)品;靜態(tài)電流;監(jiān)控系統(tǒng);影響因素

中圖分類號：U467.3投稿日期：2022-05-24

DOI： 10.19999/lj.cnki.1004-0226.2022.08.024

1 前言

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車電子技術(shù)開始與汽車智能技術(shù)、汽車電子安全技術(shù)、新能源動力技術(shù)等新興技術(shù)相融合。汽車已逐步從傳統(tǒng)的出行工具向集低碳、信息、智能、安全和高效為一體的方向發(fā)展，未來的汽車是人們生活中離不開的伙伴。

在整車的研發(fā)過程中，主機廠通常將汽車電子的各個部件分包給多家供應(yīng)商進行同步開發(fā)和設(shè)計。受到產(chǎn)品驗證的成本壓力、產(chǎn)品量產(chǎn)的時間限制等因素的影響，當(dāng)產(chǎn)品靜態(tài)電流不穩(wěn)定時，供應(yīng)商往往會通過獲取偏差認可的途徑，忽略了對靜態(tài)電流的有效控制，導(dǎo)致整車在實際使用過程中因靜態(tài)電流變化而引起車輛耗電增加，影響了產(chǎn)品的可靠性和用戶體驗感。因此在汽車電子產(chǎn)品應(yīng)用比例不斷提高，整車靜態(tài)電流逐漸增大的背景下，出現(xiàn)了很多關(guān)于整車靜態(tài)電流的研究。王洪雨等[2]提出了一種針對整車級的車輛靜態(tài)電流測試方法，同時開發(fā)了一套整車靜態(tài)電流測試系統(tǒng)。單新平等基于智能網(wǎng)聯(lián)汽車，介紹了如何通過系統(tǒng)性改進的方法來降低接KL30常電控制器模塊的靜態(tài)電流的控制方法。鮮少有人通過汽車電子產(chǎn)品本身出發(fā)對影響靜態(tài)電流的因素進行研究。因此，研究影響汽車電子產(chǎn)品靜態(tài)電流的因素有重要的意義。

本文以汽車電子產(chǎn)品開發(fā)過程中典型的交變濕熱（Damp heat，cyclic，K-08）測試為例進行闡述，通過一種監(jiān)控汽車電子產(chǎn)品靜態(tài)電流的試驗系統(tǒng)，經(jīng)過多種試驗方案設(shè)計和驗證，研究了影響汽車電子產(chǎn)品靜態(tài)電流的一些主要因素，為今后有效控制和優(yōu)化汽車電子產(chǎn)品靜態(tài)電流提供方向。

2 試驗方法

交變濕熱測試通過車輛運行期間高濕度的循環(huán)溫度變化來模擬部件上的熱負荷，目的是驗證暴露于濕熱時部件的功能性狀[4-5]。測試過程中按照標準 DIN EN60068-2-30所述方法控制溫度箱的溫濕度，進行6個循環(huán)試驗，并且每個循環(huán)的降溫過程按照方法1進行控制，同時在每24 h周期循環(huán)內(nèi)的5 h 20 min和 17 h，對被測器件（Devices Under 'Test ， DUT）進行功能檢查，此時DUT處于喚醒狀態(tài)，即表現(xiàn)為喚醒電流，電流上升屬于正?，F(xiàn)象9IWyudWjrFMOzviUQbna+Z4wKpu37TX+1bX4UBbq7yA=，其他時間段DUT均處于睡眠階段，即表現(xiàn)為靜態(tài)電流，要求目標值小于0.1 mA[4-7]。

3 試驗監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

DUT、電流采集系統(tǒng)和直流電源通過串聯(lián)的方式進行連接。試驗監(jiān)控系統(tǒng)以電腦為中樞，實現(xiàn)各個軟件的相互聯(lián)動。測試軟件的用途說明見表1。

整個試驗監(jiān)控系統(tǒng)依托實驗室網(wǎng)關(guān)進行數(shù)據(jù)傳輸與交換，最終實現(xiàn)每當(dāng)達到目標的溫濕度，就進行相對應(yīng)的電壓變換，同時對DUT進行功能操作并記錄溫箱的溫濕度，DUT的功能情況和電流消耗情況，最后在電腦上形成相應(yīng)的記錄文件，便于后續(xù)進一步分析。試驗監(jiān)控系統(tǒng)如圖1所示。

4 靜態(tài)電流波動的現(xiàn)象

產(chǎn)品A和產(chǎn)品B在K-08試驗過程中的電流消耗情況如圖2所示。以一個循環(huán)試驗24h為例，在圖2中產(chǎn)品A的電流曲線上用P標記的兩個波峰代表DUT被喚醒檢查功能的狀態(tài)，在其他時間段理論上DUT均處于睡眠狀態(tài)。將除P點以外的DUT電流消耗情況稱為靜態(tài)電流。從電流曲線中可以看到，產(chǎn)品A的靜態(tài)電流短時間在10mA左右，偶爾接近70mA，長時間在0.1～1mA之間波動。產(chǎn)品B的靜態(tài)電流時不時在0.1～1mA之間變化，偶爾達到10mA左右。靜態(tài)電流不穩(wěn)定與異常地波動影響了產(chǎn)品的可靠性、使用壽命和用戶體驗感。

5 影響靜態(tài)電流波動的原因分析

項目團隊組織相關(guān)人員，從項目開發(fā)過程中的人、機、料、法等方面對影響靜態(tài)電流波動的因素進行了原因分析，形成的部分魚骨圖見圖3。

6 試驗方案設(shè)計與驗證

通過上述的原因分析，本文以產(chǎn)品A和產(chǎn)品B為例，對影響汽車電子產(chǎn)品靜態(tài)電流波動的因素進行了分析與研究。為了盡可能地減少試驗過程中的其他因素對試驗結(jié)果的影響，試驗方案實施的過程控制如表2所示。

試驗說明與備注：

a.溫度和濕度處于同一個坐標軸，如圖2所示，藍色曲線代表濕度，紅色曲線代表溫度。

b.為了更加直觀和形象地闡明問題，本文將部分不同時間段的試驗結(jié)果進行了整合。

c.本文對DUT編號做了簡化處理，同時進行了連續(xù)編號，部分方案的驗證，DUT數(shù)量遠超過六個。

6.1產(chǎn)品A的驗證分析6.1.1 實驗設(shè)備的影響

將相同批次的產(chǎn)品隨機分成兩組，分別使用1號溫箱和2號溫箱進行試驗。從圖4中的電流曲線可以看到，通過使用不同的實驗設(shè)備對相同的產(chǎn)品進行K-08試驗，得到的電流消耗曲線基本一致。因此使用不同實驗設(shè)備對產(chǎn)品靜態(tài)電流波動的影響可以忽略。

6.1.2 PCBA潔凈度的影響

硬件工程師從10個PCBA中，目視挑選最干凈的6個，并依次將其編號為001～006。對其中編號為004～006的三個PCBA使用專用的清洗劑進行手動清洗。上述樣件經(jīng)過生產(chǎn)線裝配成為總成零件進行驗證分析，試驗結(jié)果見圖5。與圖2中產(chǎn)品A的靜態(tài)電流進行比較，DUT_001略微好轉(zhuǎn)，DUT_004明顯好轉(zhuǎn)，DUT_006的靜態(tài)電流在0.04mA左右，遠低于標準要求。所以PCBA的潔凈度是影響產(chǎn)品A靜態(tài)電流的一個關(guān)鍵因素。

6.2產(chǎn)品B的驗證分析

6.2.1 PCBA中離子濃度的影響

在研究PCBA中離子濃度對產(chǎn)品靜態(tài)電流的影響過程中，使用的三種試驗方案如下：DUT_008為手動清洗PCBA的樣件;DUT_013為通過表面貼裝技術(shù)（Sur-face Mount Technology，SMT）的工藝改進并手動清洗PC- BA的樣件;DUT_024為使用離子濃度合格的PCB且通過第三方清洗PCBA的樣件。

通過上述三種方案的逐步驗證，得到的試驗結(jié)果見圖6。與圖2中的產(chǎn)品B進行比較，靜態(tài)電流波動的峰值從10mA左右降低到0.5mA左右，但靜態(tài)電流在0.1mA到1mA之間波動的現(xiàn)象仍然存在。所以PCBA中離子濃度的含量不是造成產(chǎn)品B靜態(tài)電流波動的根本原因。

6.2.2 產(chǎn)品設(shè)計的影響

通過兩個方面研究了產(chǎn)品的不同設(shè)計對靜態(tài)電流的影響：DUT_027為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)改進的樣件;DUT_031為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)改進且優(yōu)化了某元器件的樣件。上述試驗方案的驗證結(jié)果見圖7。與圖2中的產(chǎn)品B進行比較，靜態(tài)電流波動的峰值降低了，但仍然在0.1～1mA之間波動。所以產(chǎn)品設(shè)計不是影響產(chǎn)品B靜態(tài)電流波動的根本原因。

6.2.3 物料品質(zhì)的影響

在研究物料品質(zhì)對產(chǎn)品靜態(tài)電流影響的過程中，項目團隊通過討論分析和數(shù)據(jù)比對，對某物料的供應(yīng)商提出了方案a和方案b的兩種改進措施。DUT_037為使用了方案a的樣件，DUT_043為使用了方案b的樣件。上述試驗的驗證結(jié)果見圖8，與圖2中的產(chǎn)品B進行比較，DUT_037靜態(tài)電流波動的峰值降低了，但仍然在0.1～1mA之間波動。DUT_043的靜態(tài)電流穩(wěn)定在0.04mA左右，遠低于標準要求。所以某物料的品質(zhì)是影響產(chǎn)品B靜態(tài)電流波動的根本原因。

7 試驗結(jié)論

通過上述多種試驗方案的分析與驗證，將影響產(chǎn)品A和產(chǎn)品B靜態(tài)電流的試驗結(jié)果匯總至表3。結(jié)果顯示：使用不同的滿足標準要求的實驗設(shè)備通常不會對產(chǎn)品靜態(tài)電流產(chǎn)生影響，這方面可以忽略;確保PCBA的潔凈度和控制物料的品質(zhì)是影響汽車電子產(chǎn)品靜態(tài)電流的關(guān)鍵因素。

8 結(jié)語

汽車電子產(chǎn)品的靜態(tài)電流的穩(wěn)定性理論上是由硬件設(shè)計、軟件設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性與匹配性共同決定的。但在產(chǎn)品的開發(fā)過程中，零部件質(zhì)量、復(fù)雜的工藝流程等外在因素均會影響靜態(tài)電流的穩(wěn)定性。當(dāng)出現(xiàn)靜態(tài)電流波動時，首先需要確保實驗設(shè)備的性能能夠滿足標準的要求并且試驗條件受控，其次確保SMT工藝的穩(wěn)定性并監(jiān)控PCBA的離子濃度，以保證成品零件的潔凈度。當(dāng)然，有時候需要根據(jù)產(chǎn)品的特性，比如從物料品質(zhì)的角度入手。本次研究結(jié)論能為今后有效控制和優(yōu)化汽車電子產(chǎn)品靜態(tài)電流提供參考。

參考文獻：

[1]譚弘穎.此呼彼應(yīng)風(fēng)雨不透-第19屆亞太汽車工程年會&2017中國汽車工程學(xué)會年會暨展覽會在滬召開[J].制造技術(shù)與機床，2017（12）：13-15.

[2]王洪雨，岳宇鵬.整車靜態(tài)電流測試系統(tǒng)及應(yīng)用[J].汽車實用技術(shù)，2018（16）：22-24.

[3]單新平，覃華強，彭成榮，等.基于智能網(wǎng)聯(lián)汽車靜態(tài)電流控制方法淺析[J].汽車電器，2022（1）：38-40.

[4]Electric and Electronic Units in Motor Vehicles up to 3.5 t-GeneralRequirements ， Test Conditions ， and Tests ： VW80000：2021-01[s].

[5] Electrical and electronic components in motor vehicles-Environmental requirements and testings ： GS 95024-3-1： 2019-08[S].

[6]Umgebungseinflisse-Teil 2-30：Prüifverfahren-Priüifung Db： FeuchteWirme，zyklisch （ 12+12Stunden） ： DIN EN 60068-2-30：2006-06[S].

[7]電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗-第2部分：試驗方法-試驗Db：交變濕熱（12h+12h）：GB/T 2423.4-2008[s].

作者簡介：

林搖杰，男，1987年生，工程師，研究方向為汽車電子產(chǎn)品的可靠性試驗驗證與分析。