汽車電氣和電子部件環(huán)境可靠性與關(guān)鍵試驗(yàn)解析

許毅，吳國平，馬壯

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院電子電器家用電器質(zhì)量檢驗(yàn)所, 上海 201114）

引言

我國的新能源汽車產(chǎn)業(yè)已處于白熱化發(fā)展階段，不可置疑未來汽車電子零部件市場發(fā)展?jié)摿薮?，然而，汽車行業(yè)核心技術(shù)多掌控在國外企業(yè)手中，國產(chǎn)汽車電子自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)，打造本土汽車電子產(chǎn)業(yè)鏈就需要加強(qiáng)國際和國內(nèi)多方合作。針對目前檢測行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，大型高端試驗(yàn)裝備大多集中于國際大型汽車生產(chǎn)廠和實(shí)驗(yàn)室，汽車電子產(chǎn)品的環(huán)境類檢測裝備投資成本大，作為第三方質(zhì)檢機(jī)構(gòu)有必要為汽車廠商提供相應(yīng)的檢測服務(wù)與技術(shù)支持，協(xié)助本土企業(yè)進(jìn)行技術(shù)革新、提高其自身品牌的質(zhì)量及國際認(rèn)可度。目前開展電子零部件檢測試驗(yàn)和認(rèn)證認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室，大多數(shù)只配備了基本環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備，對于綜合環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備以及更為復(fù)雜的環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)，則罕有配備。汽車電子標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展已進(jìn)入新階段，而目前國內(nèi)汽車零部件在檢測標(biāo)準(zhǔn)和手段都亟待提升。為了有能力適應(yīng)和遵循汽車電子產(chǎn)品的國際化市場需求和檢測要求，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作以及測試設(shè)備和配件的研發(fā)、完善與配備都勢在必行。

本文基于國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 16750系列標(biāo)準(zhǔn)[1-3]關(guān)于道路車輛電氣和電子設(shè)備的環(huán)境條件、試驗(yàn)方法和樣品對試驗(yàn)?zāi)褪芰σ螅约癐EC 60068-2系列標(biāo)準(zhǔn)[4]中的專業(yè)基礎(chǔ)性試驗(yàn)方法，重點(diǎn)介紹3.5 t以下汽車電氣、電子部件和模塊等產(chǎn)品關(guān)于環(huán)境試驗(yàn)領(lǐng)域的測試要求和試驗(yàn)方法，特別針對近年來國際上主流汽車企業(yè)實(shí)際應(yīng)用的供貨規(guī)范[5，6]，最新版中對于增補(bǔ)和變更的幾個環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)目及其具體要求進(jìn)行了詳細(xì)闡述，分別涉及：一般要求中的密封性試驗(yàn)、機(jī)械環(huán)境試驗(yàn)[7]中的冷卻回路壓力脈動試驗(yàn)，以及氣候環(huán)境試驗(yàn)中的凝結(jié)與氣候試驗(yàn)，特別是新增補(bǔ)的水密殼體部件的氣候測試部分。

1 密封性試驗(yàn)

1.1 密封性要求

部件相對于環(huán)境和其它空間，如冷卻回路的冷卻劑導(dǎo)管，其獨(dú)立電子空間所需的密封性視為密封性要求。密封性的要求定義為極限泄漏率，應(yīng)通過密封性試驗(yàn)來驗(yàn)證。

對于電子控制單元（ECU）中的極限泄漏率，其初始值1～10 cm3/min在△P=300 mbar條件下，可設(shè)定為水媒介下的環(huán)境載荷。這必須根據(jù)周圍介質(zhì)對特定成分進(jìn)行調(diào)整，并通過測量加以驗(yàn)證。

對于沒有密封外殼的部件，不需要定義和驗(yàn)證極限泄漏率。

1.2 密封性試驗(yàn)

一個部件的電子空間對于所定義的指定部件的極限泄漏率，其符合性可通過密封性試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。當(dāng)測量試件時，應(yīng)使用常規(guī)的測量方法確定氣體泄漏率（例如，絕對壓力測量、壓差測量、氣流質(zhì)量測量或容積流率測量）。為此，部件通過一個接入點(diǎn)（例如排氣裝置）暴露于規(guī)定的測試壓力下；氣體泄漏率在一個設(shè)置周期后測量確定。

由于試驗(yàn)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用要確定部件在實(shí)際運(yùn)行時暴露于介質(zhì)下的壓力大小，因此試驗(yàn)壓力值應(yīng)選擇現(xiàn)場中最嚴(yán)酷使用情況時的壓力。這也可能是負(fù)壓（真空）。若設(shè)定該密封系統(tǒng)暴露于正壓與負(fù)壓（例如，密封口壓在某表面上）的行為將會不同，則試驗(yàn)應(yīng)在正壓和負(fù)壓兩種情況下均進(jìn)行實(shí)施。施加的試驗(yàn)壓力應(yīng)與承包商和購買方達(dá)成一致，并記錄在冊。

密封性試驗(yàn)應(yīng)實(shí)施參數(shù)測試（大）在室溫時的試驗(yàn)要求。其中，參數(shù)測試（大），即在提供特定溫度（最高環(huán)境溫度（Tmax）、室溫（TRT）和最低環(huán)境溫度（Tmin））和電壓（最小工作電壓限值（Vopmin）、工作電壓（Vop）和最大工作電壓限值（Vopmax））條件下試件無瑕疵功能的驗(yàn)證[5]。在測量期間，試件不得暴露于任何溫度波動。測得的氣體泄漏率不得超過所定義的指定部件的極限泄漏率，并且應(yīng)記錄在試驗(yàn)報告中。氣體泄漏率的變化應(yīng)進(jìn)行評估，且在試驗(yàn)報告中予以記錄。

2 冷卻回路壓力脈動試驗(yàn)

1）目的：

該試驗(yàn)?zāi)M了由于冷卻液壓力的波動，以及在后加熱階段和冷卻系統(tǒng)的真空填充期間的狀態(tài)所引發(fā)的施加在部件上的載荷。該試驗(yàn)只適用于連接到冷卻回路的部件。

試驗(yàn)是用以驗(yàn)證受到冷卻回路壓力波動影響的部件的機(jī)械強(qiáng)度（例如，電源組的冷卻板）。

2）測試：

冷卻回路壓力脈動試驗(yàn)的配置參數(shù)詳見表1。

3）要求：

試件應(yīng)在試驗(yàn)前、試驗(yàn)后功能完好且所有參數(shù)符合規(guī)范要求。應(yīng)通過參數(shù)測試（大）[5]來驗(yàn)證。

表1 冷卻回路壓力脈動試驗(yàn)的配置參數(shù)

3 冷凝與氣候試驗(yàn)

3.1 模塊的冷凝試驗(yàn)

1）目的：

該試驗(yàn)?zāi)M了汽車電子模塊中的冷凝。目的是用以評估電子模塊關(guān)于冷凝的魯棒性。

2）測試：

試驗(yàn)使用沒有防護(hù)外殼的模塊進(jìn)行，試驗(yàn)的配置參數(shù)詳見表2。

3）要求：

試件應(yīng)在試驗(yàn)前、試驗(yàn)期間和試驗(yàn)后功能完好且所有參數(shù)符合規(guī)范要求。應(yīng)通過持續(xù)的參數(shù)監(jiān)控和參數(shù)測試（大）進(jìn)行驗(yàn)證。

此外，對于模塊應(yīng)檢查其電化學(xué)遷移（例如，銀或錫遷移的痕跡）和枝晶生長。不允許發(fā)生電化學(xué)遷移和枝晶生長。

模塊的其它變化（例如，腐蝕、污染）必須記錄在試驗(yàn)報告中并與購買方一起評估。

下列記錄應(yīng)附在試驗(yàn)報告中，包括：試驗(yàn)箱的程序；單個周期的參數(shù)（預(yù)設(shè)/實(shí)測）；五個周期的參數(shù)（預(yù)設(shè)/實(shí)測）。

3.2 水密殼體部件的氣候試驗(yàn)

1）目的：

該試驗(yàn)采用加速試驗(yàn)的方式模擬了車輛在使用壽命期間由于濕熱所引發(fā)施加在部件上的載荷，同時考慮了水密殼體的保護(hù)作用。

試驗(yàn)旨在驗(yàn)證部件在由濕熱所導(dǎo)致缺陷模式下的質(zhì)量和可靠性，例如塑料、密封和灌封化合物的腐蝕、遷移/枝晶生長，以及膨脹和退化。

2）測試：

試驗(yàn)應(yīng)使用完整的部件進(jìn)行（設(shè)備、電子控制單元ECU、機(jī)電系統(tǒng)等和其對應(yīng)的外殼）。

試驗(yàn)應(yīng)按圖4所示五個測試塊的順序執(zhí)行：

表2 模塊冷凝試驗(yàn)的配置參數(shù)

圖1 模塊的冷凝試驗(yàn)配置圖

圖2 模塊的冷凝試驗(yàn)裝置

圖3 塑料罩子

圖4 帶水密殼體部件的氣候試驗(yàn)序列

①試驗(yàn)序列塊1、3和5：

試驗(yàn)序列塊1、3和5按照IEC 60068-2-78《環(huán)境試驗(yàn)試驗(yàn)Cab：濕熱，穩(wěn)態(tài)》[4]的試驗(yàn)方法進(jìn)行，具體參數(shù)見表3。

如果冷卻回路在線，則冷卻液的溫度應(yīng)能跟蹤相應(yīng)試驗(yàn)溫度達(dá)到限值Tcool，max。僅環(huán)境溫度在高于冷卻液的溫度限值上波動。

②試驗(yàn)序列塊2和4：

試驗(yàn)序列塊2和4按照IEC 60068-2-78[4]的試驗(yàn)方法進(jìn)行，具體參數(shù)見表4。

如果冷卻回路在線，則冷卻液的溫度應(yīng)能跟蹤相應(yīng)試驗(yàn)溫度達(dá)到限值：最小冷卻溫度Tcool，min和最大冷卻溫度Tcool，max。僅環(huán)境溫度在高于冷卻液的溫度限值上波動。

3）要求：

試件應(yīng)在試驗(yàn)前、試驗(yàn)后功能完好且所有參數(shù)符合規(guī)范要求。應(yīng)通過持續(xù)的參數(shù)監(jiān)控和參數(shù)測試（大）[5]進(jìn)行驗(yàn)證。

4 結(jié)語

表3 帶水密殼體部件的氣候試驗(yàn)-試驗(yàn)序列塊1、3和5的試驗(yàn)參數(shù)

表4 帶水密殼體部件的氣候試驗(yàn)-試驗(yàn)序列塊2和4的試驗(yàn)參數(shù)

結(jié)合汽車廠商的需求和國內(nèi)國際市場激烈競爭的形勢，緊密追蹤國際標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的步伐進(jìn)行測試和驗(yàn)證，本文針對3.5 t以下汽車電氣和電子部件產(chǎn)品的環(huán)境試驗(yàn)和可靠性要求，特別對于國際上主流汽車企業(yè)實(shí)際應(yīng)用供貨規(guī)范的新發(fā)布版本測試標(biāo)準(zhǔn)相對于之前環(huán)境試驗(yàn)要求[5，6]的增補(bǔ)和變化進(jìn)行了重點(diǎn)研究，涉及內(nèi)容包括：對密封性要求進(jìn)行了擴(kuò)展、機(jī)械試驗(yàn)中增加的壓力脈動試驗(yàn)等，對應(yīng)關(guān)鍵試驗(yàn)項(xiàng)目即：密封性試驗(yàn)、冷卻回路壓力脈動試驗(yàn)和凝結(jié)與氣候試驗(yàn)（包括：模塊的冷凝試驗(yàn)和水密殼體部件的氣候試驗(yàn)）三個項(xiàng)目，詳細(xì)解析了實(shí)施該項(xiàng)試驗(yàn)的目的、測試參數(shù)、試驗(yàn)條件設(shè)置及方法、試驗(yàn)前后和試驗(yàn)期間需要驗(yàn)證的功能與參數(shù)測試等方面。對于企業(yè)而言，無論在汽車電子產(chǎn)品研發(fā)及后期投產(chǎn)階段，環(huán)境模擬試驗(yàn)及可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)，都是有效控制和監(jiān)管產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。這些研究將推進(jìn)汽車部件生產(chǎn)企業(yè)和第三方檢測機(jī)構(gòu)有針對性的增補(bǔ)試驗(yàn)裝備、提升檢測能力，有助于我國汽車電子技術(shù)和裝備領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換工作推進(jìn)，有利于促進(jìn)國內(nèi)汽車市場消費(fèi)、提高綜合競爭力，同時推動產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。