汽車電子產品環(huán)境可靠性測試標準綜述

顏景蓮，黃英齡

（廣州廣電計量測試技術有限公司，廣東 廣州 510651）

1 引言

汽車的控制系統(tǒng)是以高端電子設備為基礎，因此電子控制設備的可靠性對整車的可靠性起主導作用。一般來說，使用環(huán)境會影響電子設備和單元的耐久性以及操作性能。因此，汽車電子元器件的環(huán)境可靠性問題就成為汽車可靠性的核心問題之一。在開發(fā)設計的過程中，關鍵的問題就變?yōu)槿绾胃鶕嶋H的使用條件來設計環(huán)境試驗項目，以及如何在控制成本的同時維持實用性和性能要求。本文主要介紹了汽車電子元器件常用的環(huán)境可靠性測試標準，希望能起到拋磚引玉的作用。

2 汽車零部件的使用環(huán)境

汽車的使用環(huán)境比一般的消費電子要嚴酷很多，包括了溫度、濕度、振動、雨水、耐老化性能、電壓波動以及電壓沖擊等因素，表1-3給出了不同部位的汽車電子的溫度濕度和振動條件。汽車電子的可靠性要求也比普通消費電子的可靠性要求高很多，一般會高出一個甚至兩三個數量級。

表1 汽車電子溫度環(huán)境條件 [1]

表2 汽車電子濕度環(huán)境條件 [1]

表3 汽車電子振動環(huán)境條件 [1]

3 國際通用的測試標準

3.1 AEC系列標準

AEC系列標準是目前汽車電子零部件的通用測試規(guī)范，該系列標準是由美國的汽車電子委員會 (AEC：Automotive Electronics Council)制定的，該協(xié)會在20世紀90年代，由克萊斯勒、福特和通用汽車等公司為建立一套通用的零件資質及質量系統(tǒng)標準而設立的。該系列標準包括：AEC-Q 100芯片應力測試的認證規(guī)范，AEC-Q-101針對離散組件的認證規(guī)范，AEC-Q 200針對被動組件的認證規(guī)范，AEC-Q 001/AEC-Q 002/AEC-Q 003/AEC-Q 004指導性原則等標準。由于符合AEC規(guī)范的零部件均可被上述三家車廠同時采用，從而促進了零部件制造商交換其產品特性數據的意愿，并推動了汽車零件通用性的實施，使得AEC標準逐漸成為汽車電子領域的通用標準。

AEC-Q-100芯片應力測試的認證規(guī)范是AEC的第一個標準。AEC-Q-100于1994年首次發(fā)表，該標準詳細規(guī)定了一系列的測試，同時定義了應力測試驅動型認證的最低要求以及IC認證的參考測試條件。這些測試包括7個測試群組，測試流程見圖1：

1)測試組A（加速環(huán)境應力測試，accelerated Environment Stress）；

2)測試組B（加速壽命模擬測試，Accelerated Lifetime Simulation）；

3)測試組C（封裝組裝整合測試，Package Assembly Integrity）；

4)測試組D（芯片晶圓可靠度測試，Die Fabrication Reliability）；

5)測試組E（電氣特性確認測試，Electrical Verification）；

6) 測試組F（瑕疵篩選監(jiān)控測試，Defect Screening）；

7) 測試組G（封裝凹陷整合測試，Cavity Package Integrity）。

AEC-Q 200則針對13類被動組件分別給出了測試方案，這13類元器件包括鉭電容和陶瓷電容、鋁電解電容器、薄膜電容器、電感/變壓器、網絡(R-c/C/R)、電阻器、熱敏電阻、微調電容/電阻、變阻器、石英晶體、陶瓷諧振器、濾波器以及自恢復熔斷器[3]，測試項目也涵蓋了大部分的可靠性項目，試驗方法則更多地參考了美軍標。

3.2 ISO 16750系列標準

ISO 16750系列標準是國際標準化組織 （ISO）最近幾年推出的、針對汽車電子的環(huán)境與可靠性標準，該標準是歐系車常用的標準，并且逐漸被世界各國轉化為國家標準，也逐漸被各企業(yè)標準所引用，成為應用比較廣泛的汽車電子的環(huán)境與可靠性標準。

該系列標準包括五個部分：1）ISO 16750-1總則；2）ISO 16750-2電氣負載；3）ISO 16750-3機械負載；4）ISO 16750-4氣候負載；5）ISO 16750-5化學負載。其試驗項目涵蓋了氣候環(huán)境試驗、機械環(huán)境試驗、EMC試驗和電學性能試驗等可靠性項目，各試驗項目則主要采用了國際電工協(xié)會 （IEC）的相關環(huán)境試驗標準，表4列出了ISO 16750-4標準的試驗項目。

表4 ISO 16750-4試驗項目[4]

3.3 SAE相關標準

美國汽車工程師協(xié)會 （SAE）很早就制定了汽車電子產品的環(huán)境可靠性標準，但是比較零散，沒有形成完整的體系，目前仍在廣泛使用的包括：SAE J 1211汽車電氣部件環(huán)境試驗標準，SAE J 1455汽車電氣部件環(huán)境試驗標準以及針對電動汽車電池的環(huán)境可靠性標準，SAE J 2464電動汽車電池濫用試驗和SAE J 2380電動汽車電池的振動試驗等標準。圖2給出了SAE J 2464的試驗方法概要[5]。

圖2 SAE J 2464試驗項目

3.4 其它相關標準

除了上述廣泛使用的汽車電子產品的環(huán)境可靠性標準以外，還有一些針對電子電氣部件的可靠性標準也經常被汽車電子行業(yè)采用，這些標準包括：美軍標 MIL-STD-202， MIL-STD-750， MIL-STD-883，以及IPC、 EIA-364等行業(yè)或者協(xié)會標準。

4 主流車廠標準

各汽車企業(yè)對電子零部件的要求都很高，一般都有自己的企業(yè)標準，跟國際標準或者協(xié)會標準等通用型標準相比，試驗項目大同小異，但是嚴酷等級會比通用型的標準更高一些；另外，企業(yè)標準往往也有一些獨特的試驗項目。表5給出了主流車廠的相關試驗標準。

表5 主流車廠環(huán)境可靠性測試標準

5 發(fā)展動態(tài)

5.1 ASAP

SAE最近幾年提出了ASAP（Accelerated Stress Assurance Plan）的概念，ASAP是一個高效電子產品設計確認試驗計劃，著眼于利用失效 （Physics of failure）來解決前面所提的問題，需要電學、機械學、軟件學和可靠性試驗專家的共同努力。

ASAP是一種更有效的電子產品設計校驗試驗方案，強調在產品設計開發(fā)階段校驗產品強度，重點對產品固有的薄弱環(huán)節(jié)進行試驗；對樣品數量、試驗周期和試驗設備的要求較少，成本較低。ASAP包括三個階段：分析、設計、校驗 （認證、耐久性），圖3給出了ASAP的流程圖。目前，該標準還在研制中。

圖3 ASAP流程圖 [6]

近兩年，SAE International，Japan SAE以及ZVEI， the German Electrical and Electronic Manufacturers’ Association， AEC， Automotive Electronics Council正在著力制定該標準，他們認為AEC-Q-100標準已經不能適應現(xiàn)在技術發(fā)展形勢和需要，需要新的技術標準。因此，相關成員致力于Robustness Validation Standard，以替代AEC-Q-100，其目標是提高可靠性，減少研發(fā)成本，縮短開發(fā)時間；其主要內容包括風險和機會評估，基于經驗、失效機理以及應用的合格性評定。

[1]Jyuro Izumi.Combined environmental testing for equipment used on automobiles[R].ESPEC Technology Report No.6，1999.

[2]AEC-Q100-Rev-F： 2003， Stress test qualification for integrated circuits[S].

[3]AEC-Q200-Rev-C： 2005， Stress test qualification for integrated circuits[S].

[4]ISO 16750-4： 2006， Road vehicles-environmental conditions and testing for electrical and electronic equipment-Part 4:Climatic loads[S].

[5]SAE J2464 (R):2009，Electric and hybrid electric vehicle rechargeable energy’storage system (RESS) safety and abuse testing[S].

[6]Electronics environmental testing in perspective:A fresh approach[J].SAE Transactions， 2003， 112,(7):603-612.