作者 | 左成鋼

本文節(jié)選自《廣義車(chē)規(guī)級(jí)電子元器件可靠性設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)實(shí)踐》第五章

電子模塊為滿(mǎn)足車(chē)載應(yīng)用的要求，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中及量產(chǎn)前均需要進(jìn)行 一些功能及性能的測(cè)試及試驗(yàn)，這些測(cè)試從器件到系統(tǒng)，涵蓋了元器件、芯片、單元電路及零部件，在車(chē)型量產(chǎn)前還會(huì)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行路試，包括高低溫、溫濕度等試驗(yàn)。汽車(chē)行業(yè)經(jīng)過(guò)上百年的發(fā)展，已經(jīng)形成了成熟的針對(duì)整車(chē)及零部件的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，各 OEM 也形成了自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，各 Tier 1 同時(shí)也形成了自己對(duì)零部件的測(cè)試及驗(yàn)證方法等。

對(duì) Tier 1 來(lái)講，需要保證零部件按照 OEM 的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開(kāi)發(fā)并最終通過(guò) DV 及 PV 測(cè)試；對(duì) OEM 來(lái)講，在各零部件滿(mǎn)足相應(yīng)零部件級(jí)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，最終還需要保證整車(chē)滿(mǎn)足相應(yīng)整車(chē)級(jí)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)一個(gè)具體的零部件來(lái)講，OEM 通常重點(diǎn)關(guān)注的是產(chǎn)品的 DV 測(cè)試及PV 測(cè)試，而 Tier 1 除了需要保證最終的 DV、PV 測(cè)試結(jié)果外，還需要在開(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行各種單元級(jí)及系統(tǒng)級(jí)的軟硬件功能、性能及參數(shù)的測(cè) 試，最后在產(chǎn)品量產(chǎn)時(shí)，還需要通過(guò)EOL 測(cè)試對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行下線前的 100% 功能檢測(cè)，以保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性及高可靠性。

對(duì)汽車(chē)電子零部件來(lái)講，電氣類(lèi)試驗(yàn)項(xiàng)目的數(shù)量是最多的，每個(gè)試驗(yàn)都有其相應(yīng)的試驗(yàn)?zāi)康摹１?5-8 為電氣類(lèi)試驗(yàn)項(xiàng)目舉例（參考 GB/T 28046.2— 2019）。

表 5-8 電氣類(lèi)試驗(yàn)項(xiàng)目舉例（12V 系統(tǒng)）

1. 供電電壓范圍

按照 GB/T 28046.2—2019 的規(guī)定，車(chē)輛的供電電壓范圍見(jiàn)表 5-9。具體代碼根據(jù)客戶(hù)要求，12V 系統(tǒng)通常為 C，24V 系統(tǒng)為 F。

表 5-9   車(chē)輛的供電電壓范圍

2. 過(guò)電壓

按照 GB/T 28046.2—2019 的規(guī)定，過(guò)電壓試驗(yàn)分兩種情況：

1） 為了模擬發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器失效引起的發(fā)電機(jī)輸出電壓上升到高于正常電壓， 在 Tmax-20℃下施加 18V（24V 系統(tǒng)為 36V） 電壓并保持 60min。在試驗(yàn)過(guò)程中， DUT 的功能狀態(tài)等級(jí)至少應(yīng)達(dá)到 C 級(jí)，必要時(shí)可要求達(dá)到更嚴(yán)酷的 A 級(jí)。

2） 針對(duì) 12V 系統(tǒng)，模擬輔助起動(dòng)時(shí)向 DUT 輸入的過(guò)高電壓（即跳線啟動(dòng)） 在室溫下施加 24V 的電壓并保持（60±6）s。在試驗(yàn)過(guò)程中，DUT 的功能狀態(tài)等級(jí)至少應(yīng)達(dá)到 D 級(jí)，必要時(shí)可要求達(dá)到更嚴(yán)酷的 B 級(jí)。

3.  疊加交流電壓

此試驗(yàn)是為了模擬直流供電下出現(xiàn)的紋波電壓，按照 GB/T 28046.2—2019 的規(guī)定，疊加的交流正弦電壓如圖 5-5 所示。在試驗(yàn)過(guò)程中，DUT 的功能狀態(tài)等級(jí)應(yīng)達(dá)到 A 級(jí)。

圖 5-5   疊加的交流正弦電壓

4.  供電電壓緩升和緩降

此試驗(yàn)是為了模擬蓄電池逐漸放電和充電時(shí)的電壓變化。按照 GB/T 28046.2—2019 的規(guī)定，試驗(yàn)時(shí)對(duì) DUT 有效輸入端同時(shí)進(jìn)行以下試驗(yàn)：以（0.5±0.1）V/min 的線性變化率或以不大于 25mV 的步長(zhǎng)，將供電電壓由USmin 降到 0V，然后從 0V 升到 USmin。

在試驗(yàn)過(guò)程中，DUT 的功能狀態(tài)等級(jí)至少應(yīng)達(dá)到 D 級(jí)，必要時(shí)可要求達(dá)到更嚴(yán)酷的 C 級(jí)。

關(guān)于蓄電池充放電特性及蓄電池電壓在 4.2.1 節(jié)及 4.3 節(jié)有詳細(xì)描述。

5.  供電電壓瞬時(shí)下降

此試驗(yàn)是為了模擬其他電路內(nèi)的常規(guī)熔斷器熔斷時(shí)引起的電壓瞬時(shí)下 降。按照 GB/T 28046.2—2019 的規(guī)定，測(cè)試電壓波形如圖 5-6 所示。

在試驗(yàn)過(guò)程中，DUT 的功能狀態(tài)至少應(yīng)達(dá)到 B 級(jí)，是否允許復(fù)位可根據(jù)客戶(hù)要求。

負(fù)載的供電電壓瞬時(shí)下降對(duì)負(fù)載的正常功能可能造成嚴(yán)重影響，這部分內(nèi)容在 4.4.5 節(jié)有詳細(xì)描述。

圖 5-6   測(cè)試電壓波形

6.  復(fù)位特性

此試驗(yàn)是為了檢驗(yàn) DUT 在不同的電壓驟降下的復(fù)位性能，適用于具有復(fù)位功能的設(shè)備（如裝有一個(gè)或多個(gè) MCU 的設(shè)備）。按照 GB/T 28046.2— 2019 的規(guī)定，測(cè)試時(shí)按圖 5-7 對(duì) DUT 有效輸入端同時(shí)施加試驗(yàn)脈沖電壓， 檢查 DUT 的復(fù)位性能。

圖 5-7   復(fù)位試驗(yàn)供電電壓

圖 5-7 中，供電電壓以 5% 步長(zhǎng)從最低電壓 USmin 降到 0.95USmin，保持5s 后再上升到 USmin，至少保持 10s，并進(jìn)行功能試驗(yàn)。然后將電壓降低到0.9USmin 等。按圖 5-7 以 USmin 的 5% 梯度繼續(xù)進(jìn)行直到降到 0V，然后再將電壓升到 USmin。在試驗(yàn)過(guò)程中，DUT 的功能狀態(tài)應(yīng)達(dá)到 C 級(jí)。

7.  啟動(dòng)特性

此試驗(yàn)的目的是為了檢驗(yàn) DUT 在車(chē)輛啟動(dòng)時(shí)的性能。依據(jù) GB/T 28046.2—2019 的規(guī)定，按圖 5-8 及表 5-10 給出的特性參數(shù)，將電壓施加到DUT 的有效輸入端，共進(jìn)行 10 次，每個(gè)循環(huán)之間間隔 1~2s。

圖 5-8   啟動(dòng)電壓曲線

UB—蓄電池供電時(shí)的試驗(yàn)電壓，（V）   Us—供電電壓（V）   US6—t6 時(shí)的供電電壓（V）  t6、t8—相應(yīng)狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間（ms）

表 5-10   啟動(dòng)電壓系統(tǒng)參數(shù)及等級(jí)

在車(chē)輛啟動(dòng)期間工作的有關(guān) DUT 的功能狀態(tài)應(yīng)達(dá)到 A 級(jí)，其他功能按表 5-10 確定。

車(chē)輛的啟動(dòng)波形（通常所說(shuō)的 Starting Pro?le）在 4.3.1 節(jié)蓄電池低電壓部分有過(guò)描述。對(duì)傳統(tǒng)燃油車(chē)來(lái)講，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中帶來(lái)的蓄電池的瞬態(tài)低電壓及電壓抖動(dòng)會(huì)影響某些對(duì)低電壓狀態(tài)較敏感的設(shè)備及電子器件，如瞬態(tài)低電壓會(huì)導(dǎo)致智能高邊芯片自動(dòng)進(jìn)入欠電壓關(guān)斷狀態(tài)，也可能導(dǎo)致 MCU 欠電壓復(fù)位。為了盡量降低發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)對(duì)系統(tǒng)電壓的影響，設(shè)計(jì)中通常采用三種方式：一是在啟動(dòng)過(guò)程中將重要等級(jí)較低的大功率負(fù)載（IGN2 負(fù)載） 暫時(shí)切斷，以降低蓄電池輸出電流；二是在電子電氣設(shè)備前端設(shè)計(jì)儲(chǔ)能電 容，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓；三是選用電壓范圍更寬的電子元器件。

8.  拋負(fù)載

此試驗(yàn)的目的是為了檢驗(yàn) DUT 在車(chē)輛發(fā)生拋負(fù)載時(shí)的抗干擾性能。按照 GB/T 28046.2—2019 的規(guī)定，拋負(fù)載波形模擬了發(fā)生拋負(fù)載現(xiàn)象時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài)，即在斷開(kāi)電池的同時(shí)，交流發(fā)電機(jī)正在產(chǎn)生充電電流，而其電路上仍有其他負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài)。

在拋負(fù)載過(guò)程中，DUT 的功能狀態(tài)等級(jí)應(yīng)達(dá)到 C 級(jí)。

根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，拋負(fù)載脈沖試驗(yàn)被放在了 ISO 16750-2：2012（對(duì)應(yīng) GB/T 21437.2—2021） 中，5a 變成了試驗(yàn)脈沖 A（Pluse A），無(wú)集中拋負(fù)載抑制，5b 變成了試驗(yàn)脈沖 B（Pluse B），具有集中拋負(fù)載抑制。關(guān)于拋負(fù)載的成因、拋負(fù)載波形的特性及對(duì)系統(tǒng)的影響在 4.3.2 節(jié)有詳細(xì)描述。

9.  反向電壓

此試驗(yàn)的目的是為了模擬車(chē)輛輔助啟動(dòng) / 跳線啟動(dòng)時(shí)對(duì)蓄電池的反向連接。根據(jù) GB/T 28046.2—2019 的規(guī)定，測(cè)試電壓及時(shí)間見(jiàn)表 5-11。

表 5-11 反向電壓測(cè)試電壓及時(shí)間

恢復(fù)正常連接后，DUT 的功能狀態(tài)應(yīng)達(dá)到 A 級(jí)。

另外，在 4.3.3 節(jié)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生反向電壓的原因及對(duì)系統(tǒng)的影響有詳細(xì)描述。

10.  參考接地和供電偏移

此試驗(yàn)的目的是為了檢驗(yàn)在 DUT 存在兩條或多條供電線路時(shí)組件的可靠性，如對(duì)電源接地與信號(hào)接地的參考點(diǎn)不一致的組件就需要進(jìn)行此試驗(yàn)。根據(jù) GB/T 28046.2—2019 的規(guī)定，所有 DUT 的偏移電壓被定義為（1±0.1）V。試驗(yàn)過(guò)程中 DUT 的功能狀態(tài)應(yīng)達(dá)到 A 級(jí)。

地漂移的成因及對(duì)系統(tǒng)的影響可參考 4.1.3 節(jié)內(nèi)容。

具體的偏移電壓及測(cè)試方法可能根據(jù)不同的 OEM 要求會(huì)有所不同，如根據(jù)福特的 FMC1278 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，地漂移被放到了抗干擾測(cè)試中，測(cè)試項(xiàng)目的編號(hào)為 CI 250。標(biāo)準(zhǔn)要求地漂移的電壓為正弦波，頻率范圍為 2~100kHz， 電壓脈沖的幅值最高可達(dá) ±5V。福特 CI 250 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求（部分） 如圖 5-9 所示（原標(biāo)準(zhǔn)為英文，為便于理解，翻譯為中文）。

11.  開(kāi)路特性

開(kāi)路測(cè)試分為單線斷開(kāi)和多線斷開(kāi)兩種，此試驗(yàn)的目的是為了檢驗(yàn) DUT 在一條或多條線路突然斷路情況下的性能。根據(jù) GB/T 28046.2—2019 的規(guī)定，斷開(kāi)時(shí)間為（10±1）s，開(kāi)路阻抗大于或等于 10MΩ。

圖 5-9 福特 CI 250 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求（部分）

測(cè)試方法是斷開(kāi) DUT 系統(tǒng)接口的一條或多條線路，然后恢復(fù)連接，觀察 DUT 在斷路期間和斷路后的狀態(tài)。試驗(yàn)需要對(duì)系統(tǒng)接口的每條線路分別重復(fù)進(jìn)行測(cè)試，如果是有多個(gè)連接器的 DUT，應(yīng)對(duì)每一種可能的連接分別進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)過(guò)程中 DUT 的功能狀態(tài)應(yīng)達(dá)到 C 級(jí)。

12.  短路特性

此試驗(yàn)的目的是為了檢驗(yàn) DUT 在輸入或輸出端發(fā)生短路時(shí)的性能。按照 GB/T 28046.2—2019 的規(guī)定，DUT 的所有有效輸入和輸出端應(yīng)分別依次連接到系統(tǒng)最高電壓 USmax 及地，信號(hào)線持續(xù)時(shí)間為（60±6）s，負(fù)載電路持續(xù)時(shí)間根據(jù)客戶(hù)要求，其他輸入和輸出端保持開(kāi)路或根據(jù)客戶(hù)要求。

試驗(yàn)要求：

1） 所有信號(hào)線功能等級(jí)達(dá)到 C 級(jí)。

2） 所有電子保護(hù)輸出端應(yīng)確保能承受短路電流且在切斷短路電流后能恢復(fù)到正常工作（最低達(dá)到 C 級(jí)）。 

▼延伸閱讀

本書(shū)適合從事車(chē)規(guī)級(jí)芯片及汽車(chē)電子可靠性相關(guān)工作的讀者，無(wú)論是乘用車(chē)行業(yè)還是商用車(chē)行業(yè)，無(wú)論是芯片行業(yè)從業(yè)人員還是汽車(chē)電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、測(cè)試、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)等相關(guān)人員，都能從本書(shū)中獲取新知。本書(shū)還可以作為汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)人員的參考用書(shū)，以及準(zhǔn)備踏入汽車(chē)行業(yè)的新手們的入門(mén)級(jí)參考書(shū)，同時(shí)也可以作為行業(yè)相關(guān)技術(shù)人員的手頭工具書(shū)來(lái)使用。

以上是分享的節(jié)選內(nèi)容，本文摘編自《廣義車(chē)規(guī)級(jí)電子元器件可靠性設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)實(shí)踐》，機(jī)械工業(yè)出版社出版，經(jīng)出版方授權(quán)發(fā)布。