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可靠性测试

汽车电子高温试验(GB/T 28046.4-2011):高温存储与高温工作验证项目

技术概述

汽车电子在整车不同安装位置面对的温度环境差异很大:座舱内的控制单元多为常温区间,发动机舱、变速箱与排气附近的控制器长期处于 85℃ 至 125℃ 区间,新能源电驱与电池周边还叠加自身发热。短时温度还会因阳光辐射与发动机余热进一步升高。高温会使半导体参数漂移、塑壳软化变形、焊点经历热应力、电解电容寿命缩短、密封与润滑材料劣化,因此高温适应性是车规电气电子设备定型与量产的必要考核项目。

汽车电子高温试验是指针对安装在车辆上的电气电子设备,按 GB/T 28046.4-2011(修改采用 ISO 16750-4)规定的气候负荷,在高温环境条件下分别进行存储状态与工作状态的考核,评价其承受高温的能力。考核核心在于:高温暴露期间设备能否维持规定功能,关键电气参数相对基线漂移是否控制在限值内,试验恢复后是否出现不可逆损伤。

与通用电工电子产品高温试验的区别在于车规按安装位置划分严酷等级,并明确区分"存储"(不带电,温度档更高)与"工作"(带电并运行功能)两类状态,且要求试验中实时功能监测与试验后参数复测。常见高温失效形态包括:电解电容鼓包、焊点热疲劳开裂、塑壳翘曲、密封胶软化流失、显示与涂层变色、连接器端子应力松弛。该类试验为零件选型、热设计与生产定型提供直接依据。

检测样品

适用样品覆盖车辆各类电气电子部件:发动机与变速箱控制单元、车身与座舱控制器、各类传感器与执行器、车载电源与逆变器、仪表与显示模块、连接器与线束总成、电机控制器、电池管理系统、车载充电机、继电器与保险模块等。样品按实际安装位置(舱内、舱外、近热源)与工作状态制备,并配置相应的供电与负载模拟。

样品准备的一般要求包括以下几个方面:

  • 安装位置确认:按整车布置确定严酷等级,温度档据此选取;
  • 供电与负载模拟:工作试验需带规定负载并运行功能程序;
  • 温度监测布置:在芯片结温区、功率器件与壳体表面布置测点;
  • 程序设定:升温速率、保温时长与循环次数按规范执行;
  • 数量分配:功能监测组与恢复复测组分开备样,避免复测干扰。

带外壳样品按实车安装朝向放置,散热孔与通风口保持原设计状态,多通道温度记录用于核对实际温升。

检测项目

围绕高温下的功能保持与性能衰减两条主线,通常开展以下项目:

  • 高温存储后外观:壳体变形、标识脱落、密封件软化与溢胶;
  • 高温工作功能:规定温度下带负载运行,功能状态核对;
  • 电气参数漂移:工作温度点关键参数与基线比对;
  • 高温启动特性:从高温状态启动的能力(热启动);
  • 关键点温度测量:芯片与功率器件实测温度记录;
  • 恢复后绝缘电阻:回常温后绝缘核对;
  • 恢复后功能复测:常温功能与参数复测;
  • 电解电容与电源件:高温加速寿命初评;
  • 塑壳与密封:变形量与密封胶软化评价;
  • 焊点与互连:热疲劳外观初判;
  • 显示与光学件:变色、暗斑与对比度变化;
  • 程序与存储:高温下程序运行与数据保持核对。

检测方法

高温试验的执行要点归纳为八条:

  • 严酷等级确定:按安装位置选取贮存与工作温度档;
  • 工作状态设定:工作试验带负载并运行规定功能;
  • 升温与保温:按速率升至目标温度并保温规定时长;
  • 功能监测:试验中实时记录功能与电气参数;
  • 温度测量:关键部位温度用热电偶或红外手段核对;
  • 单段或循环:按规范执行单段高温或温度循环;
  • 恢复处理:按标准恢复条件回到常温环境;
  • 前后对比评定:基线与恢复后数据对比形成结论。

结果评定以三类证据并列:高温工作期间功能与参数是否在限值、恢复后绝缘电阻与外观是否满足要求,以及关键点温度是否超出设计上限。多只样品逐只记录,出现单只超限即按批处理,复测数据按样品编号追溯。

检测仪器

高温试验需要以下设备与装置:

  • 高温试验箱:可达 150℃ 以上,温度均匀性与波动符合要求;
  • 多通道温度采集仪:热电偶测温,覆盖关键点;
  • 直流与交流电源:按样品供电规格配置;
  • 电子负载:模拟工作负载与功耗;
  • 示波器与逻辑分析仪:功能信号监测;
  • 万用表与参数测试仪:电气参数测量;
  • 绝缘电阻测试仪:恢复后绝缘核对;
  • 红外热像仪:表面温度分布观察;
  • 温湿度记录仪:环境参数记录;
  • 老化架与安装夹具:模拟实车安装;
  • 数据采集系统:多通道同步记录;
  • 摄像记录装置:外观变化过程记录。

应用领域

汽车电子高温试验主要服务以下场景:

  • 整车厂:零部件高温适应性定点验证;
  • 零部件供应商:产品开发验证与量产验证;
  • 新能源三电:电池与电驱系统高温验证;
  • 发动机与底盘:近热源控制器与传感器;
  • 座舱电子:仪表、显示与信息娱乐模块;
  • 外贸与认证:ISO 16750 口径报告支撑;
  • 失效分析:高温相关故障的应力复现与归因。

常见问题(FAQ)

问题一:高温存储试验和工作试验有什么不同?

存储试验在样品不带电状态下进行,温度档通常更高,用于考核材料与结构在高温存放后的恢复能力;工作试验在样品带电并运行功能的状态下进行,用于考核高温下功能与参数保持能力。两者目的不同,车规通常分别规定,样品状态与判据也相应区分。

问题二:严酷等级如何确定?

等级按样品实际安装位置的环境温度确定,发动机舱等近热源位置温度档高于座舱内。试验前需依据整车厂给出的布置位置与规范条款选取对应温度档,同款部件安装位置不同可能对应不同等级。

问题三:为什么工作试验要带负载实时监测?

空载与带载的发热与功能表现差异明显,仅靠常温合格不能代表高温带载工况。实时监测能在试验过程中捕捉功能中断与参数超差,比试验结束后的单次复测更能反映真实高温适应能力。

问题四:高温考核一般到多少度?

依安装位置而定:座舱内控制器多为 40℃ 至 85℃ 工作档,发动机舱相关部件常见 105℃ 与 125℃ 工作档,存储档可更高。具体数值以对应规范的等级表为准,不统一。

问题五:试验周期需要多久?

单段高温工作与存储多为数天至两周;若叠加温度循环或多轮复测,周期相应延长。保温时长、循环次数与样品组数是主要变量,定型验证应提前规划时间。

问题六:高温下常见的失效有哪些?

常见有电解电容鼓包、焊点热疲劳开裂、塑壳翘曲变形、密封胶软化流失、显示与涂层变色、功率器件参数漂移。失效多数为材料与互连的热稳定性问题,需在热设计与选材阶段预防。

问题七:报告包含哪些内容,判定要点是什么?

报告涵盖规范版本、严酷等级、保温程序、功能与参数监测记录、恢复后复测数据。判定要点有三条:高温工作期间功能与参数在限值内;恢复后绝缘电阻与功能满足要求;外观与结构无不可逆损伤。三条判定线均满足方可判定符合对应等级。