汽車電子產品靜態電流影響因素

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摘要：以汽車電子產品開發過程中典型的交變濕熱測試為試驗條件，通過一種監控汽車電子產品靜態電流的試驗系統，經過多種試驗方案設計和驗證，研究了影響汽車電子產品靜態電流的一些主要因素。結果顯示PCBA的潔凈度和物料的品質是影響汽車電子產品靜態電流的關鍵因素。研究結論為今后有效控制和優化汽車電子產品靜態電流提供了參考。

關鍵詞：汽車電子產品；靜態電流；監控系統；影響因素

1前言

隨著現代電子技術的不斷發展，汽車電子技術開始與汽車智能技術、汽車電子安全技術、新能源動力技術等新興技術相融合。汽車已逐步從傳統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商進行同步開發和設計。受到產品驗證的成本壓力、產品量產的時間限制等因素的影響，當產品靜態電流不穩定時，供應商往往會通過獲取偏差認可的途徑，忽略了對靜態電流的有效控制，導致整車在實際使用過程中因靜態電流變化而引起車輛耗電增加，影響了產品的可靠性和用戶體驗感。因此在汽車電子產品應用比例不斷提高，整車靜態電流逐漸增大的背景下，出現了很多關于整車靜態電流的研究。王洪雨等［2］提出了一種針對整車級的車輛靜態電流測試方法，同時開發了一套整車靜態電流測試系統。單新平等［3］基于智能網聯汽車，介紹了如何通過系統性改進的方法來降低接KL30常電控制器模塊的靜態電流的控制方法。鮮少有人通過汽車電子產品本身出發對影響靜態電流的因素進行研究。因此，研究影響汽車電子產品靜態電流的因素有重要的意義。本文以汽車電子產品開發過程中典型的交變濕熱（Dampheat，cyclic，K-08）測試為例進行闡述，通過一種監控汽車電子產品靜態電流的試驗系統，經過多種試驗方案設計和驗證，研究了影響汽車電子產品靜態電流的一些主要因素，為今后有效控制和優化汽車電子產品靜態電流提供方向。

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DINEN60068-2-30所述方法控制溫度箱的溫濕度，進行6個循環試驗，并且每個循環的降溫過程按照方法1進行控制，同時在每24h周期循環內的5h20min和17h，對被測器件（DevicesUnderTest，DUT）進行功能檢查，此時DUT處于喚醒狀態，即表現為喚醒電流，電流上升屬于正?，F象，其他時間段DUT均處于睡眠階段，即表現為靜態電流，要求目標值小于0.1mA［4-7］。

3試驗監控系統設計

DUT、電流采集系統和直流電源通過串聯的方式進行連接。試驗監控系統以電腦為中樞，實現各個軟件的相互聯動。測試軟件的用途說明見表1。整個試驗監控系統依托實驗室網關進行數據傳輸與交換，最終實現每當達到目標的溫濕度，就進行相對應的電壓變換，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的記錄文件，便于后續進一步分析。試驗監控系統如圖1所示。

4靜態電流波動的現象

產品A和產品B在K-08試驗過程中的電流消耗情況如圖2所示。以一個循環試驗24h為例，在圖2中產品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，在其他時間段理論上DUT均處于睡眠狀態。將除P點以外的DUT電流消耗情況稱為靜態電流。從電流曲線中可以看到，產品A的靜態電流短時間在10mA左右，偶爾接近70mA，長時間在0.1~1mA之間波動。產品B的靜態電流時不時在0.1~1mA之間變化，偶爾達到10mA左右。靜態電流不穩定與異常地波動影響了產品的可靠性、使用壽命和用戶體驗感。

5影響靜態電流波動的原因分析

項目團隊組織相關人員，從項目開發過程中的人、機、料、法等方面對影響靜態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試驗方案設計與驗證

通過上述的原因分析，本文以產品A和產品B為例，對影響汽車電子產品靜態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，同時進行了連續編號，部分方案的驗證，DUT數量遠超過六個。

6.1產品A的驗證分析

6.1.1實驗設備的影響。將相同批次的產品隨機分成兩組，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備對相同的產品進行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備對產品靜態電流波動的影響可以忽略。6.1.2PCBA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。上述樣件經過生產線裝配成為總成零件進行驗證分析，試驗結果見圖5。與圖2中產品A的靜態電流進行比較，DUT_001略微好轉，DUT_004明顯好轉，DUT_006的靜態電流在0.04mA左右，遠低于標準要求。所以PCBA的潔凈度是影響產品A靜態電流的一個關鍵因素。

6.2產品B的驗證分析

6.2.1PCBA中離子濃度的影響。在研究PCBA中離子濃度對產品靜態電流的影響過程中，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（Sur?faceMountTechnology，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，得到的試驗結果見圖6。與圖2中的產品B進行比較，靜態電流波動的峰值從10mA左右降低到0.5mA左右，但靜態電流在0.1mA到1mA之間波動的現象仍然存在。所以PCBA中離子濃度的含量不是造成產品B靜態電流波動的根本原因。6.2.2產品設計的影響通過兩個方面研究了產品的不同設計對靜態電流的影響：DUT_027為產品結構改進的樣件；DUT_031為產品結構改進且優化了某元器件的樣件。上述試驗方案的驗證結果見圖7。與圖2中的產品B進行比較，靜態電流波動的峰值降低了，但仍然在0.1~1mA之間波動。所以產品設計不是影響產品B靜態電流波動的根本原因。6.2.3物料品質的影響。在研究物料品質對產品靜態電流影響的過程中，項目團隊通過討論分析和數據比對，對某物料的供應商提出了方案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。上述試驗的驗證結果見圖8，與圖2中的產品B進行比較，DUT_037靜態電流波動的峰值降低了，但仍然在0.1~1mA之間波動。DUT_043的靜態電流穩定在0.04mA左右，遠低于標準要求。所以某物料的品質是影響產品B靜態電流波動的根本原因。

7試驗結論

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

8結語

汽車電子產品的靜態電流的穩定性理論上是由硬件設計、軟件設計和結構設計的合理性與匹配性共同決定的。但在產品的開發過程中，零部件質量、復雜的工藝流程等外在因素均會影響靜態電流的穩定性。當出現靜態電流波動時，首先需要確保實驗設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工藝的穩定性并監控PCBA的離子濃度，以保證成品零件的潔凈度。當然，有時候需要根據產品的特性，比如從物料品質的角度入手。本次研究結論能為今后有效控制和優化汽車電子產品靜態電流提供參考。

作者:林搖杰 單位:寧波普瑞均勝汽車電子有限公司