汽車電子產(chǎn)品靜態(tài)電流影響因素

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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(yàn)條件，通過一種監(jiān)控汽車電子產(chǎn)品靜態(tài)電流的試驗(yàn)系統(tǒng)，經(jīng)過多種試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和驗(yàn)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

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(dòng)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［1］。在整車的研發(fā)過程中，主機(jī)廠通常將汽車電子的各個(gè)部件分包給多家供應(yīng)商進(jìn)行同步開發(fā)和設(shè)計(jì)。受到產(chǎn)品驗(yàn)證的成本壓力、產(chǎn)品量產(chǎn)的時(shí)間限制等因素的影響，當(dāng)產(chǎn)品靜態(tài)電流不穩(wěn)定時(shí)，供應(yīng)商往往會通過獲取偏差認(rèn)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(shí)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(yàn)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(shí)開發(fā)了一套整車靜態(tài)電流測試系統(tǒng)。單新平等［3］基于智能網(wǎng)聯(lián)汽車，介紹了如何通過系統(tǒng)性改進(jìn)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(jìn)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（Dampheat，cyclic，K-08）測試為例進(jìn)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(yàn)系統(tǒng)，經(jīng)過多種試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和驗(yàn)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(yàn)方法

交變濕熱測試通過車輛運(yùn)行期間高濕度的循環(huán)溫度變化來模擬部件上的熱負(fù)荷，目的是驗(yàn)證暴露于濕熱時(shí)部件的功能性狀［4-5］。測試過程中按照標(biāo)準(zhǔn)DINEN60068-2-30所述方法控制溫度箱的溫濕度，進(jìn)行6個(gè)循環(huán)試驗(yàn)，并且每個(gè)循環(huán)的降溫過程按照方法1進(jìn)行控制，同時(shí)在每24h周期循環(huán)內(nèi)的5h20min和17h，對被測器件（DevicesUnderTest，DUT）進(jìn)行功能檢查，此時(shí)DUT處于喚醒狀態(tài)，即表現(xiàn)為喚醒電流，電流上升屬于正常現(xiàn)象，其他時(shí)間段DUT均處于睡眠階段，即表現(xiàn)為靜態(tài)電流，要求目標(biāo)值小于0.1mA［4-7］。

3試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

DUT、電流采集系統(tǒng)和直流電源通過串聯(lián)的方式進(jìn)行連接。試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)以電腦為中樞，實(shí)現(xiàn)各個(gè)軟件的相互聯(lián)動(dòng)。測試軟件的用途說明見表1。整個(gè)試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)依托實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與交換，最終實(shí)現(xiàn)每當(dāng)達(dá)到目標(biāo)的溫濕度，就進(jìn)行相對應(yīng)的電壓變換，同時(shí)對DUT進(jìn)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(jìn)一步分析。試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)如圖1所示。

4靜態(tài)電流波動(dòng)的現(xiàn)象

產(chǎn)品A和產(chǎn)品B在K-08試驗(yàn)過程中的電流消耗情況如圖2所示。以一個(gè)循環(huán)試驗(yàn)24h為例，在圖2中產(chǎn)品A的電流曲線上用P標(biāo)記的兩個(gè)波峰代表DUT被喚醒檢查功能的狀態(tài)，在其他時(shí)間段理論上DUT均處于睡眠狀態(tài)。將除P點(diǎn)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(shí)間在10mA左右，偶爾接近70mA，長時(shí)間在0.1~1mA之間波動(dòng)。產(chǎn)品B的靜態(tài)電流時(shí)不時(shí)在0.1~1mA之間變化，偶爾達(dá)到10mA左右。靜態(tài)電流不穩(wěn)定與異常地波動(dòng)影響了產(chǎn)品的可靠性、使用壽命和用戶體驗(yàn)感。

5影響靜態(tài)電流波動(dòng)的原因分析

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)組織相關(guān)人員，從項(xiàng)目開發(fā)過程中的人、機(jī)、料、法等方面對影響靜態(tài)電流波動(dòng)的因素進(jìn)行了原因分析，形成的部分魚骨圖見圖3。

6試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與驗(yàn)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(dòng)的因素進(jìn)行了分析與研究。為了盡可能地減少試驗(yàn)過程中的其他因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響，試驗(yàn)方案實(shí)施的過程控制如表2所示。試驗(yàn)說明與備注：a.溫度和濕度處于同一個(gè)坐標(biāo)軸，如圖2所示，藍(lán)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(shí)間段的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了整合。c.本文對DUT編號做了簡化處理，同時(shí)進(jìn)行了連續(xù)編號，部分方案的驗(yàn)證，DUT數(shù)量遠(yuǎn)超過六個(gè)。

6.1產(chǎn)品A的驗(yàn)證分析

6.1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備的影響。將相同批次的產(chǎn)品隨機(jī)分成兩組，分別使用1號溫箱和2號溫箱進(jìn)行試驗(yàn)。從圖4中的電流曲線可以看到，通過使用不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)備對相同的產(chǎn)品進(jìn)行K-08試驗(yàn)，得到的電流消耗曲線基本一致。因此使用不同實(shí)驗(yàn)設(shè)備對產(chǎn)品靜態(tài)電流波動(dòng)的影響可以忽略。6.1.2PCBA潔凈度的影響。硬件工程師從10個(gè)PCBA中，目視挑選最干凈的6個(gè)，并依次將其編號為001~006。對其中編號為004~006的三個(gè)PCBA使用專用的清洗劑進(jìn)行手動(dòng)清洗。上述樣件經(jīng)過生產(chǎn)線裝配成為總成零件進(jìn)行驗(yàn)證分析，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。與圖2中產(chǎn)品A的靜態(tài)電流進(jìn)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(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求。所以PCBA的潔凈度是影響產(chǎn)品A靜態(tài)電流的一個(gè)關(guān)鍵因素。

6.2產(chǎn)品B的驗(yàn)證分析

6.2.1PCBA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(yàn)方案如下：DUT_008為手動(dòng)清洗PCBA的樣件；DUT_013為通過表面貼裝技術(shù)（Sur?faceMountTechnology，SMT）的工藝改進(jìn)并手動(dòng)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(yàn)證，得到的試驗(yàn)結(jié)果見圖6。與圖2中的產(chǎn)品B進(jìn)行比較，靜態(tài)電流波動(dòng)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(dòng)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(dòng)的根本原因。6.2.2產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響通過兩個(gè)方面研究了產(chǎn)品的不同設(shè)計(jì)對靜態(tài)電流的影響：DUT_027為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)改進(jìn)的樣件；DUT_031為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)改進(jìn)且優(yōu)化了某元器件的樣件。上述試驗(yàn)方案的驗(yàn)證結(jié)果見圖7。與圖2中的產(chǎn)品B進(jìn)行比較，靜態(tài)電流波動(dòng)的峰值降低了，但仍然在0.1~1mA之間波動(dòng)。所以產(chǎn)品設(shè)計(jì)不是影響產(chǎn)品B靜態(tài)電流波動(dòng)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(xiàng)目團(tuán)隊(duì)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(jìn)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(yàn)的驗(yàn)證結(jié)果見圖8，與圖2中的產(chǎn)品B進(jìn)行比較，DUT_037靜態(tài)電流波動(dòng)的峰值降低了，但仍然在0.1~1mA之間波動(dòng)。DUT_043的靜態(tài)電流穩(wěn)定在0.04mA左右，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)的根本原因。

7試驗(yàn)結(jié)論

通過上述多種試驗(yàn)方案的分析與驗(yàn)證，將影響產(chǎn)品A和產(chǎn)品B靜態(tài)電流的試驗(yàn)結(jié)果匯總至表3。結(jié)果顯示：使用不同的滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的實(shí)驗(yàn)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(jì)、軟件設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dòng)時(shí)，首先需要確保實(shí)驗(yàn)設(shè)備的性能能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求并且試驗(yàn)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(shí)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。

作者:林搖杰 單位:寧波普瑞均勝汽車電子有限公司