李秋影

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所華東分所，江蘇 蘇州 215011）

0 引言

隨著汽車工業(yè)與電子信息產(chǎn)業(yè)的加速融合，汽車電子產(chǎn)品在汽車中的應(yīng)用越來越廣泛；汽車已經(jīng)向電子化、多媒體化和智能化方向發(fā)展，由以機械產(chǎn)品為主向高級機電一體化產(chǎn)品方向演變，電子技術(shù)的應(yīng)用幾乎已經(jīng)深入到汽車的所有系統(tǒng)。汽車是由幾千個零部件組成的復(fù)雜產(chǎn)品，其產(chǎn)品可靠性十分重要，嚴苛的環(huán)境 （運輸過程、存放和工作中，以及氣候等）考驗著汽車電子系統(tǒng)，電子裝置占汽車整車價值量的比例逐步地提高，特別是高檔汽車有的已達40%～50%。國外每輛汽車采用汽車電子裝置的費用1990年為672美元，2000年已達到2000美元。汽車的多功能化和電子化為汽車電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了廣闊的空間。

汽車的控制系統(tǒng)是以高端電子設(shè)備為基礎(chǔ)，因此，電子控制設(shè)備的可靠性對整車的可靠性起主導(dǎo)作用。一般來說，使用環(huán)境會影響到電子設(shè)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)境可靠性問題成為汽車可靠性的核心問題之一。在開發(fā)設(shè)計的過程中，關(guān)鍵的問題就變?yōu)槿绾胃鶕?jù)實際的使用條件來設(shè)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。本文簡單地介紹了汽車電子元器件常用的環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)、試驗項目與試驗順序。

1 汽車零部件的使用環(huán)境

電子產(chǎn)品應(yīng)用在汽車上將面臨使用環(huán)境的挑戰(zhàn)。汽車電子產(chǎn)品面對的是一個室外使用、隨時移動運轉(zhuǎn)的環(huán)境，而且根據(jù)產(chǎn)品安裝位置的不同，必須承受的環(huán)境應(yīng)力條件相差也很大。因此，汽車電子產(chǎn)品的環(huán)境試驗要求非常高，必須經(jīng)過各種苛刻環(huán)境試驗的考驗，確保產(chǎn)品在預(yù)期的壽命內(nèi)能夠正常工作，這也是汽車電子產(chǎn)品比一般電子產(chǎn)品價格貴的原因。

汽車電子產(chǎn)品進行環(huán)境試驗時，必須考慮的因素主要包括：

a）地理和氣候的因素。道路車輛幾乎在世界所有的陸地區(qū)域使用和運行。值得注意的是氣候環(huán)境條件，包括可預(yù)期的每天的變化和季節(jié)的變化。應(yīng)考慮給出全世界的溫度、濕度、降水和大氣條件的范圍，還應(yīng)包括灰塵、污染和海拔高度等。

b）車輛類型。車輛的設(shè)計屬性決定了道路車輛的環(huán)境條件，如發(fā)動機的類型、發(fā)動機的排量、懸掛的特性、車輛的自重、車輛的尺寸和供電電壓等?？紤]到已經(jīng)給出車輛的典型類型，包括商用車輛 （含重型載貨車）、乘用車和貨運車，以及柴油發(fā)動機和汽油發(fā)動機。

c）車輛使用條件和運行模式。道路的質(zhì)量、路面的類型、道路的地形、車輛的使用 （連續(xù)、牽引、貨運等等）和駕駛習(xí)慣都是非常值得重視的環(huán)境條件。運行方式如儲存、起動、駕駛和停車等都應(yīng)予以考慮。

d）電子設(shè)備的壽命周期。在汽車電子產(chǎn)品的生產(chǎn)、裝運、操作、儲存、車輛裝配、車輛維護和修理，電子設(shè)備應(yīng)能抵御同樣的環(huán)境條件。

e）車輛的供電電壓。運行方式、分配系統(tǒng)設(shè)計和相應(yīng)的氣候環(huán)境將導(dǎo)致車輛使用中的電壓變化。造成如交流發(fā)電機過電壓和連接系統(tǒng)的斷路等車輛電氣系統(tǒng)的故障。

f）電子設(shè)備在車輛上的安裝位置。使用的環(huán)境要求通常取決于安裝的位置。車輛的每一個位置都具有獨自的環(huán)境負荷組合。將不同類型和量值的環(huán)境負荷形成數(shù)量合理的標(biāo)準(zhǔn)要求組合是可取的。這樣可以使某一車輛上的系統(tǒng)/組件引伸到其他車輛成為可能。分組通常根據(jù)安裝位置進行。

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、雨水和耐老化性能，以及電壓波動、電壓沖擊等因素。表1、2和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1～3個數(shù)量級。

表1 汽車電子溫度環(huán)境條件

表2 汽車電子濕度環(huán)境條件

表3 汽車電子振動環(huán)境條件

2 汽車電子產(chǎn)品的環(huán)境可靠性試驗標(biāo)準(zhǔn)

2.1 AEC系列標(biāo)準(zhǔn)

20世紀(jì)90年代，克萊斯勒、福特和通用汽車為建立一套通用的零件資質(zhì)及質(zhì)量系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)立了汽車電子委員會 （AEC），AEC建立了質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)。AEC-Q-100芯片應(yīng)力測試的認證規(guī)范是AEC的第一個標(biāo)準(zhǔn)。它于1994年首次發(fā)表，由于符合AEC規(guī)范的零部件均可被上述3家車廠同時采用，促進了零部件制造商交換其產(chǎn)品特性數(shù)據(jù)的意愿，并推動了汽車零件通用性的實施，使得AEC標(biāo)準(zhǔn)逐漸地成為汽車電子零部件的通用測試規(guī)范。經(jīng)過10多年的發(fā)展，AEC-Q-100已經(jīng)成為汽車電子系統(tǒng)的通用標(biāo)準(zhǔn)。在AEC-Q-100之后又陸續(xù)制定了針對離散組件的AEC-Q-101和針對被動組件的AEC-Q-200等規(guī)范，以及AEC-Q001/Q002/Q003/Q004等指導(dǎo)性原則。

2.2 ISO 16750系列標(biāo)準(zhǔn) （主要采用IEC標(biāo)準(zhǔn)）

ISO 16750系列標(biāo)準(zhǔn)是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 （ISO）最近幾年推出的針對汽車電子的環(huán)境可靠性標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)是歐系車常用的標(biāo)準(zhǔn)，它所涵蓋的環(huán)境試驗、試驗方法及引用的國際標(biāo)準(zhǔn)已被國際較為著名的汽車制造商，如VM、GM等公司直接引用為企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) （我國相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)為GBT 28046系列），成為應(yīng)用比較廣泛的汽車電子的環(huán)境可靠性標(biāo)準(zhǔn)。該系列標(biāo)準(zhǔn)包括5個部分：

a）ISO 16750《道路車輛 電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗》系列

1）ISO 16750-1：道路車輛-電子電氣產(chǎn)品的環(huán)境條件和試驗：總則；

2）ISO 16750-2：道路車輛-電子電氣產(chǎn)品的環(huán)境條件和試驗：供電環(huán)境；

3）ISO 16750-3：道路車輛-電子電氣產(chǎn)品的環(huán)境條件和試驗：機械環(huán)境；

4）ISO 16750-4：道路車輛-電子電氣產(chǎn)品的環(huán)境條件和試驗：氣候環(huán)境；

5）ISO 16750-5：道路車輛-電子電氣產(chǎn)品的環(huán)境條件和試驗：化學(xué)環(huán)境。

b）ISO 20653 《汽車電子設(shè)備防護外物、水、接觸的等級》

2.3 SAE相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)介紹

美國汽車工程師協(xié)會 （SAE）很早就制定了汽車電子的環(huán)境可靠性標(biāo)準(zhǔn)，包括至今仍在廣泛使用的SAE J 1211汽車電氣部件環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)，SAE J 1455汽車電氣部件環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)，以及針對電動汽車電池的環(huán)境可靠性標(biāo)準(zhǔn)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一系列標(biāo)準(zhǔn)。其中SAE J 1455的所提及的環(huán)境試驗主要有以下：

溫度試驗、濕度試驗、鹽霧試驗、化學(xué)試劑試驗、蒸汽清洗和高壓噴水試驗、霉菌試驗、防塵試驗、低氣壓試驗、振動試驗、機械沖擊試驗、一般重型汽車電氣環(huán)境、穩(wěn)態(tài)電氣特性、噪聲和靜電干擾試驗、電磁兼容試驗。

2.4 其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

除了上述廣泛使用的汽車電子的環(huán)境可靠性標(biāo)準(zhǔn)，還有一些針對電子電器部件的可靠性標(biāo)準(zhǔn)也經(jīng)常被汽車電子行業(yè)采用，這些標(biāo)準(zhǔn)包括：

1）MIL-STD-202電子零部件測試方法；

2）MIL-STD-750半導(dǎo)體部件測試方法；

3）MIL-STD-883微電路器件測試方法；

4）EIA-364系列。

2.5 主流車廠的試驗標(biāo)準(zhǔn)

為考核汽車電子產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性，各車廠都制訂了自身的環(huán)境條件標(biāo)準(zhǔn)。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(biāo)準(zhǔn)，跟國際標(biāo)準(zhǔn)或者協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)等通用型標(biāo)準(zhǔn)相比，試驗項目大同小異，但是嚴酷等級會比通用型的標(biāo)準(zhǔn)更高一些；另外，企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也往往有一些獨特的試驗項目。表4給出了主流車廠的相關(guān)試驗標(biāo)準(zhǔn)。

表4 主流車場的相關(guān)試驗標(biāo)準(zhǔn)

3 汽車電子環(huán)境試驗項目

國內(nèi)目前汽車電子產(chǎn)品的環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)主要還是按照產(chǎn)品的技術(shù)條件來規(guī)定。下面針對國際上較通用的ISO 16750標(biāo)準(zhǔn)對汽車電子環(huán)境試驗項目做一些簡要的分析。

汽車電子產(chǎn)品的環(huán)境類別可以按照下列情況分類：

3.1 按照安裝位置分類

a）發(fā)動機艙。包括車身、車架、非剛性連接的柔性進氣管上、非剛性連接的柔性進氣管內(nèi)，發(fā)動機上、發(fā)動機內(nèi)、變速器/減速器上、變速器/減速器內(nèi)。

b）乘客艙。包括太陽直射處、熱輻射處 （不同于太陽光輻射）、無特殊要求。

c）行李艙/貨艙。裝置安裝在：艙內(nèi)。

d）外部/腔體內(nèi)。包括車身、車架、底盤/輪轂 （簧上、簧下 （車輪、車輪支架、車軸））、乘客艙車門內(nèi)/上、發(fā)動機艙罩、行李艙蓋/門、箱體蓋/門、客車乘客門、腔體內(nèi) （朝外、朝內(nèi)）、專用艙內(nèi) （如蓄電池盒）等。

e）其他安裝位置。一些有特殊環(huán)境條件的位置 （如排氣系統(tǒng)）沒有給出規(guī)定，在此情況下，在DUT的說明書中規(guī)定。

3.2 按照工作模式分類

工作模式1：不向DUT供電。

工作模式l.1：DUT未連接到線束。

工作模式1.2：DUT模擬在車輛上的安裝位置，連接到線束。

工作模式2：當(dāng)車輛發(fā)動機關(guān)閉，且所有的電氣連接完好，DUT以電壓UB帶電運行。

工作模式2.1：系統(tǒng)/組件功能不被激活 （如休眠模式）。

工作模式2.2：系統(tǒng)/組件帶電運行并控制在典型的運行模式上。

工作模式3：所有的電氣連接完好，DUT以電壓UA帶電運行。

工作模式3.1：系統(tǒng)/組件功能不被激活。

工作模式3.2：系統(tǒng)/組件帶電運行并控制在典型的運行模式上。

其中，工作模式2和工作模式3的試驗電壓值如表5所示：

表5 試驗電壓

3.3 按照功能狀態(tài)分類

a）A級：在試驗中和試驗后，裝置/系統(tǒng)的所有功能滿足設(shè)計要求。

b）B級：試驗中裝置/系統(tǒng)的所有功能滿足設(shè)計要求，但允許有一個或多個超出規(guī)定允差。試驗后所有的功能自動回復(fù)到規(guī)定限值。存儲器功能應(yīng)符合A級。

c）C級：試驗中裝置/系統(tǒng)一個或多個功能不滿足設(shè)計要求，但試驗后所有的功能能自動地恢復(fù)到正常運行。

d）D級：試驗中裝置/系統(tǒng)一個或多個功能不滿足設(shè)計要求且試驗后不能自動地恢復(fù)到正常運行，需要對裝置/系統(tǒng)通過簡單的操作重新激活。

e）E級：試驗中裝置/系統(tǒng)一個或多個功能不能滿足設(shè)計要求且試驗后不能自動地恢復(fù)到規(guī)定運行，需要對裝置/系統(tǒng)修理或更換。

3.4 汽車電子產(chǎn)品環(huán)境試驗的主要檢測項目

3.1.1 供電環(huán)境試驗

供電環(huán)境試驗包括直流、過電壓、疊加交流電壓、供電電壓的慢降和慢升、供電電壓中斷、反向電壓、開路試驗、短路保護、耐電壓、絕緣電阻，以及電磁兼容性等。

3.4.2 機械環(huán)境試驗

機械環(huán)境試驗包括正弦振動、隨機振動、機械沖擊、自由跌落、表面強度/劃痕和耐摩擦、砂石沖擊等。ISO 17650根據(jù)車輛使用性質(zhì)和電子產(chǎn)品放置位置的不同，對商用車設(shè)備和乘用車設(shè)備推薦了不同的試驗組合，其試驗的條件和限值均有所差異。

3.4.3 氣候環(huán)境試驗

氣候環(huán)境試驗包括恒定溫度試驗、溫度變化試驗、溫度循環(huán)試驗、冰水沖擊試驗、鹽霧試驗、濕熱循環(huán)試驗、恒定濕熱試驗、混合氣體溢出腐蝕試驗和太陽輻射試驗等。

3.4.4 化學(xué)環(huán)境試驗

化學(xué)環(huán)境試驗是指可能接觸規(guī)定化學(xué)試劑的組件和部件應(yīng)能抵制這些試劑的腐蝕。試驗的方式是將沾滿試劑的產(chǎn)品在規(guī)定的溫度下放置24 h。試驗化學(xué)物質(zhì)包括車用柴油、車用生物柴油、油/無鉛汽油、FAM試驗燃料、蓄電池液、制動液、添加劑 （未稀釋的）、防護漆和機油 （多級油）等近20種化學(xué)試劑。具體的項目可以與車廠商定。

以上各種試驗項目主要采用了IEC的相關(guān)環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)，表6列出了ISO 16750-4標(biāo)準(zhǔn)的試驗項目情況[1]。

表6 ISO 16750-4標(biāo)準(zhǔn)的氣候環(huán)境試驗項目

3.4.5 HALT/HASS

近年來高加速極限試驗和高加速應(yīng)力篩選（HALT/HASS）技術(shù)也逐步地在汽車電子產(chǎn)品的環(huán)境試驗中發(fā)揮明顯的作用。

目前，國內(nèi)汽車電子產(chǎn)品通用的可靠性測試手段，一般是在研發(fā)時采用傳統(tǒng)的性能各異的溫濕度箱來驗證提高產(chǎn)品的可靠性性能；在線生產(chǎn)采用的是老化壽命 （即高溫等）的傳統(tǒng)測試方法。僅依靠以上這些傳統(tǒng)的測試手段，要達到目前國外汽車電子產(chǎn)品高質(zhì)量的技術(shù)指標(biāo)，尚存在著一定的困難。為此，美國QUALMARK公司的HALT、HASS技術(shù)逐漸地被引進國內(nèi)，被越來越廣泛地應(yīng)用于汽車電子領(lǐng)域，這是一種行之有效的、能夠提高產(chǎn)品可靠性的測試手段。HALT、HASS是由美國軍方所延伸出的設(shè)計質(zhì)量驗證與制造質(zhì)量驗證的試驗方法，現(xiàn)已成為美國電子業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品驗證方法。它將原需花費6個月甚至1年的新產(chǎn)品可靠性試驗縮短至1周，且在這1周中所發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)品問題幾乎與客戶應(yīng)用后所發(fā)現(xiàn)的問題一致，故HALT、HASS的試驗方式已成為新產(chǎn)品上市前所必需通過的驗證。

HALT/HASS的可靠性測試技術(shù)在國內(nèi)外電子業(yè)界已得到廣泛的關(guān)注和認識。它能讓設(shè)計者及制造者對試驗中所發(fā)生的問題加以分析并設(shè)法改善，讓設(shè)計者及制造者對產(chǎn)品質(zhì)量信心十足[2]。

4 車載電子設(shè)備環(huán)境試驗順序的方案設(shè)計

ISO 16750標(biāo)準(zhǔn)的第1部分給出了車載電子設(shè)備環(huán)境試驗和要求的總體框架，后4個部分依次給出了供電、機械 （力學(xué)）、氣候和化學(xué)分類環(huán)境試驗要求。該標(biāo)準(zhǔn)屬于推薦型標(biāo)準(zhǔn)，它在規(guī)定試驗和判據(jù)準(zhǔn)則的同時，在嚴酷度等級等要素上都給出了若干選項，供產(chǎn)品規(guī)范制定者選用，或由產(chǎn)品的供需雙方協(xié)議。但標(biāo)準(zhǔn)在描述環(huán)境試驗和要求時并沒有表述這些試驗間的應(yīng)力積聚問題。只是在標(biāo)準(zhǔn)的末尾說明 “整體結(jié)構(gòu)性文件”的組成，應(yīng)與第1部分一般規(guī)定同時參照使用。也就是需要通過對試驗的設(shè)計、試驗報告的編制直至最后評估結(jié)論文件的形成等所有的要素進行整合，才能達到設(shè)定的目標(biāo)。

環(huán)境試驗應(yīng)力的積聚效應(yīng)是讓一個 （組）樣品經(jīng)受某一環(huán)境試驗和經(jīng)受一套按已設(shè)計的試驗方案順序進行一系列環(huán)境試驗后的累積，由此得到的試驗結(jié)構(gòu)和評估結(jié)論是不一樣的。

標(biāo)準(zhǔn)第1部分的附錄A給出了環(huán)境試驗方案示例，同時還給出了機械和氣候環(huán)境試驗順序示意圖。示意圖中共列出了13個試驗環(huán)節(jié)，其中有2個參數(shù)測試環(huán)節(jié)、1個壽命試驗環(huán)節(jié)、6個氣候環(huán)境 （含外來物保護）試驗環(huán)節(jié)及3個機械環(huán)境試驗環(huán)節(jié)。該圖還明確了附加試驗在整個試驗順序中的位置。

由于標(biāo)準(zhǔn)給出的整套試驗順序基本上是串聯(lián)的設(shè)計 （如圖1所示），試驗對受試樣品的要求是比較嚴酷的。完成整套試驗的時間周期也比較長，試驗代價不菲。因此，在初始和末位各安排一次常溫性能檢測較為合理，可以使全套試驗數(shù)據(jù)具有更高的實用評估價值。

圖1 ISO 16750標(biāo)準(zhǔn)中環(huán)境試驗順序方案 （示例）

4.1 受試驗品的成組基數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)示例給出的受試樣品成組基數(shù)為10個樣品。也就是說，若要按照ISO 16750標(biāo)準(zhǔn)完成汽車電子電氣全套環(huán)境試驗的合格性評定，投試樣品至少10個。當(dāng)然，在研發(fā)階段的驗證和抽樣檢查中，可另外制訂相應(yīng)的試驗方案和確定受試樣品的數(shù)量。

作為完整的試驗方案，還應(yīng)制定受試樣品在試驗中可能發(fā)生失效的預(yù)案，或確定補充方案和被試樣品的數(shù)量，保證整套順序試驗的有效性。

4.2 前置試驗順序

4.2.1 準(zhǔn)備受試樣品10個 （1組）

4.2.2 參數(shù)測試

按有關(guān)規(guī)范進行性能參數(shù)測試。在順序環(huán)境試驗的最后還要進行一次完全相同的性能參數(shù)測試，數(shù)據(jù)比較結(jié)果作為評價的最終依據(jù)。

4.2.3 溫度梯度測試

溫度梯度測試用于檢查機械和電氣裝置在工作溫度范圍內(nèi)發(fā)生故障的溫度區(qū)間，它的屬性更接近于緩變型溫度變化試驗。在順序試驗的初始段和末尾段進行溫度梯度測試比較，能進一步地反映經(jīng)一系列疊加試驗后，樣品的前后性能變化。

4.3 試驗順序

按下列順序進行環(huán)境試驗。

4.3.1 自由跌落試驗[3]

從10個1組樣品中取3個樣品受試，另7個輪空。自由跌落試驗是用受試樣品模擬在生產(chǎn)后裝車過程中跌落到地面 （如在汽車生產(chǎn)線上）的過程，然后作為正常零件進行安裝，由此跟蹤檢查其可能留有的隱患。

本試驗可能會造成機械損傷，如裂紋等，這類損傷可能是隱性的。隱性損傷的影響可以在后續(xù)的試驗中顯露出來。失效模式為直接或隱性的機械損壞。

4.3.2 機械沖擊試驗[4]

從以上10個1組樣品中取5個樣品受試，其中包括經(jīng)歷了自由跌落試驗的3個受試樣品，另5個進入壽命試驗。

機械沖擊試驗是檢驗受試樣品承受關(guān)閉車門引起的機械沖擊、受車身或車架沖擊、換擋沖擊和氣液動助力操作引起沖擊的能力。失效模式為直接或隱性的機械損壞。

至此，受試樣品已經(jīng)經(jīng)歷了順序試驗中強度最強的兩項試驗。累積了自由跌落試驗1 m高度落到地面產(chǎn)生的高加速度應(yīng)力，以及最大500 m/s加速度和最多達100000次的重復(fù)沖擊應(yīng)力。受試樣品結(jié)構(gòu)造成顯性失效，如功能缺失或明顯下降，將退出試驗；而隱性損傷，如裂紋等，將繼續(xù)承受氣候環(huán)境試驗的考核。

4.3.3 溫度循環(huán)試驗[5]

將5個經(jīng)歷了機械沖擊試驗的樣品投試。

本試驗方法包括規(guī)定變化率的溫度循環(huán)試驗和規(guī)定轉(zhuǎn)換時間的快速溫度變化試驗方法，汽車電子產(chǎn)品一般選擇兩箱法溫度沖擊，轉(zhuǎn)換時間一般小于30 s，其溫度變化范圍從-40～160℃，規(guī)定變化率的溫度循環(huán)試驗在標(biāo)準(zhǔn)第4部分中還規(guī)定 “帶電工作”。兩種試驗都是由常溫——低溫——高溫——常溫形成一個溫度循環(huán)。

a）低溫試驗中的主要損傷

1）材料脆化：在塑料材料和部分合金材料上都可能出現(xiàn)；

2）物理性收縮：由于收縮直接造成機械損傷；

3）結(jié)構(gòu)損傷：由于材料脆化而引起的裂紋、強度減弱和開裂。

b）高溫試驗中的主要損傷

1）材料老化、軟化和軟融化分解和升華：在塑料材料和合成上都可能出現(xiàn)；2）物理性膨脹：由于膨脹直接造成機械損傷；3）結(jié)構(gòu)損傷：由于材料老化和膨脹而引起的裂紋、強度減弱和開裂；

4）發(fā)生氧化或化學(xué)反應(yīng)。

在溫度循環(huán)試驗中，經(jīng)過溫度循環(huán)試驗的熱傳遞過程，受試樣品和試驗箱會交替地出現(xiàn)局部凝露現(xiàn)象。一些凝露水會積聚在結(jié)構(gòu)縫隙內(nèi)或通過毛細現(xiàn)象滲入到微觀裂縫中，這些凝露還可能由于溫度變化產(chǎn)生 “呼吸”效應(yīng)進入受試產(chǎn)品或元件的內(nèi)部。這些留存的水在進入低溫時同時會結(jié)冰、膨脹，進而產(chǎn)生或擴大裂紋，降低結(jié)構(gòu)強度，甚至直接造成樣品損壞和失效。進入內(nèi)部的水或水分子還可能導(dǎo)致電氣故障或電性能降低等損傷，甚至可能發(fā)生腐蝕和電腐蝕等隱性損傷。

在兩種溫度循環(huán)試驗中，受試樣品帶電工作的規(guī)定變化率的溫度循環(huán)試驗也同屬老化試驗范疇，不帶電工作狀態(tài)下快速溫度變化試驗則更接近加速試驗的方法。

經(jīng)歷了自由跌落試驗和機械沖擊試驗的樣品，在溫度變化的試驗中，若被發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)或功能明顯缺失或明顯下降，則判為顯性失效，該樣品將退出試驗；若存在隱性損傷，對其試驗條件嚴酷度就將被提升。

4.3.4 防塵和防水試驗[6]

將5個經(jīng)歷了溫度循環(huán)試驗的樣品投試。

防塵和防水試驗是更為直接地讓破壞性媒質(zhì)（塵/水/外來物-手指/金屬絲/其他物品/項鏈戒指）直接介入到受試樣品內(nèi)部，主要可能導(dǎo)致：

1）直接造成電氣故障或電性能降低等顯性損傷；

2）塵、水外來物導(dǎo)致發(fā)生電腐蝕等隱性損傷；

3）塵、水外來物夾留在縫隙中，在后續(xù)試驗中導(dǎo)致顯性損傷。

4.3.5 鹽霧試驗[7]

將5個經(jīng)歷了防塵和防水試驗的樣品投試。

鹽霧試驗是檢驗受試樣品抵御鹽霧和鹽水侵蝕的能力。主要可能導(dǎo)致的損害有：化學(xué)反應(yīng)、腐蝕、電氣腐蝕，裝飾表面或電氣接觸表面劣化、漏電及接觸電阻增大。

鹽霧腐蝕可以直接損傷受試樣品，造成失效；也可以造成隱性損傷，在后續(xù)試驗中導(dǎo)致顯性損傷。

4.3.6 濕熱循環(huán)試驗[8]

將5個經(jīng)歷了鹽霧腐蝕試驗的樣品投試。

標(biāo)準(zhǔn)第4部分規(guī)定的濕熱循環(huán)有2種試驗方法。

其規(guī)定的相對濕度RH為 （93±3）%，較高時達到90%～100%。由于溫度的變化和箱內(nèi)溫度波動因素，凝露是不可避免的。試驗期間受試樣品由于溫度的變化，產(chǎn)生呼吸效應(yīng) （當(dāng)殼內(nèi)空氣溫度下降時，外部高濕氣體就會被吸入）。經(jīng)過-10℃的循環(huán)，屆時無論在內(nèi)/外部表面，還是在接線端子、印制板和元件的內(nèi)部和外部、溝槽和裂縫中所有的水和水汽都將結(jié)冰，對部件直接造成結(jié)構(gòu)損傷。

留在受試樣品內(nèi)部表面的水或水汽，不易被蒸發(fā)或干燥。從而導(dǎo)致由潮濕引起的電氣故障，例如：印制電路板因潮濕產(chǎn)生的漏電流，造成受試樣品直接失效。

高濕環(huán)境還會造成：膨脹、機械強度減低、化學(xué)反應(yīng)、腐蝕、電腐蝕和絕緣體的導(dǎo)電率增加。這些因素都可以構(gòu)成對受試樣品的直接或間接損傷。

4.3.7 振動試驗[9-10]

將5個經(jīng)歷了濕熱循環(huán)試驗的樣品投試。

標(biāo)準(zhǔn)第3部分規(guī)定的振動試驗有3種試驗方法，分別是正弦振動、隨機振動，以及將正弦振動疊加在隨機振動譜線上的混合振動。要說明的是正弦振動、隨機振動要分別經(jīng)歷兩個各自的試驗持續(xù)時間，而混合振動是兩個試驗譜形的疊加，只需經(jīng)歷一個試驗持續(xù)時間。無論采用哪一種方法進行振動試驗，試驗的全過程都需要疊加溫度循環(huán)試驗。

振動試驗的損傷破壞機理是疲勞。標(biāo)準(zhǔn)第3部分規(guī)定的振動試驗嚴酷度等級的確定，從理論上分析，明顯地帶有耐久性試驗的屬性。因為標(biāo)準(zhǔn)第3部分規(guī)定的振動試驗持續(xù)時間是結(jié)合車輛行駛路面條件和等效里程的確定而推導(dǎo)得出的。

將帶有前期試驗經(jīng)歷的受試樣品，進行耐疲勞的振動試驗，同時疊加溫度循環(huán)，在高溫段還要保持通電工作狀態(tài)；并在低溫結(jié)束段前檢查性能。

在順序試驗中，振動試驗排在較后的位置。通過振動試驗疊加溫度循環(huán)試驗，前期積聚的應(yīng)力和損傷累積將集中顯性化。

4.3.8 穩(wěn)態(tài)濕熱試驗[11]

將5個經(jīng)歷了振動試驗的樣品投試。

標(biāo)準(zhǔn)第4部分規(guī)定的濕熱循環(huán)有2種試驗方法， 即RH在 （93±3）%或 （85±3）%條件下， 歷時21天。其失效機理和模式類同于濕熱循環(huán)。

4.4 后續(xù)試驗順序

4.4.1 再次溫度梯度測試

4.4.2 再進行完整的常溫性能測試

4.4.3 結(jié)論報告

將測試結(jié)果與順序氣候試驗前的初始檢測資料進行對照，可以得到完整、客觀的評估報告。

4.5 其他

圖2-10中列出平時工作中涉及到的常用汽車電子產(chǎn)品環(huán)境與可靠性試驗項目及順序。

圖2 GM 3172通用全球工程標(biāo)準(zhǔn)中的設(shè)計開發(fā)階段環(huán)境可靠性試驗項目及順序安排 [12]

圖3 GM 3172通用全球工程標(biāo)準(zhǔn)中的設(shè)計驗證階段環(huán)境試驗可靠性項目及順序安排 [12]

圖4 GM 3172通用全球工程標(biāo)準(zhǔn)中的生產(chǎn)驗證階段環(huán)境可靠性試驗項目及順序安排 [12]

圖5 NISSAN 28401NDS01-6電子零部件環(huán)境試驗規(guī)范中的設(shè)計驗證階段腐蝕試驗項目及順序安排 [13]

圖6 NISSAN 28401NDS01-6電子零部件環(huán)境試驗規(guī)范中的設(shè)計驗證階段耐久試驗項目及順序安排 [13]

圖7 NISSAN 28401NDS01-6電子零部件環(huán)境試驗規(guī)范中的設(shè)計驗證階段機械試驗項目及順序安排 [13]

圖8 TES 76001-C汽車用電子電氣環(huán)境綜合要求—HAITEC標(biāo)準(zhǔn)中的環(huán)境試驗項目及順序安排 [14]

圖9 MG榮威集團工程標(biāo)準(zhǔn)中具體安裝位置的溫度范圍及適用試驗項目 [15]

圖10 現(xiàn)代、起亞工程標(biāo)準(zhǔn)

5 結(jié)束語

隨著汽車電子行業(yè)的發(fā)展和人們對汽車安全性、可靠性的重視，汽車電子的環(huán)境可靠性試驗將會出現(xiàn)新的增長?？傮w來說，汽車電子環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)遵循著基本統(tǒng)一的思路，試驗項目大同小異，但是，不同的廠商內(nèi)部也有其側(cè)重考量產(chǎn)品的能力。近兩年 ， SAE International、Japan SAE， 以 及ZVEI、the German Electrical and Electronic Manufacturers’ Association、 AEC和Automotive Electronics Council正在著力制定Robustness Validation Standard這一標(biāo)準(zhǔn)，他們認為一些現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在技術(shù)發(fā)展形勢和需要，需要新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。因此，相關(guān)成員致力于此標(biāo)準(zhǔn)的研究，其目標(biāo)是提高可靠性，減少研發(fā)成本，縮短開發(fā)時間。

汽車電子行業(yè)日益發(fā)展，一些新的、專門的測試標(biāo)準(zhǔn)將用于提高產(chǎn)品的可靠性，這就要求我們增加對汽車電子環(huán)境與可靠性試驗的知識儲備，更好地為汽車電子行業(yè)服務(wù)。

[1]ISO 16750-2010， （所有部分）道路車輛 電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗 [S].

[2]呂春陽.HALT/HASS技術(shù)及其應(yīng)用 [C]//2007年度江蘇省計算機學(xué)會系統(tǒng)結(jié)構(gòu)專委會學(xué)術(shù)年會論文集.2007.

[3]IEC 60068-2-32：1990，環(huán)境試驗 試驗Ed：自由跌落[S].

[4]IEC 60068-2-27：2008，環(huán)境試驗 試驗Ea和導(dǎo)則：沖擊[S].

[5]IEC 60068-2-14：2009，環(huán)境試驗 試驗N：溫度變化[S].

[6]ISO 20653-2006，道路車輛 防護等級 （IP代碼）電器設(shè)備對外來物、水和接觸的防護 [S].

[7]IEC 60068-2-11：1981，環(huán)境試驗 試驗Ka：鹽霧試驗方法[S].

[8]IEC 60068-2-30：2005，環(huán)境試驗 試驗Db：交變濕熱試驗方法 [S].

[9]IEC 60068-2-6：2007， 環(huán)境試驗 試驗 Fc： 振動 （正弦） [S].

[10]IEC 60068-2-64：2008，環(huán)境試驗 試驗Fh：寬帶隨機振動和導(dǎo)則 [S].

[11]IEC 60068-2-78：2001，環(huán)境試驗 試驗Cab：恒定濕熱試驗 [S].

[12]GM 3172-2010，全球工程標(biāo)準(zhǔn) 電子電氣通用規(guī)范[S].

[13]NISSAN 28401NDS0-6-2001，NISSAN設(shè)計規(guī)范 電子零部件環(huán)境試驗規(guī)范 [S].

[14]TES 76001-C-2010，汽車用電子電氣環(huán)境綜合要求[S].

[15]MG 62.21.001-2005，榮威集團工程標(biāo)準(zhǔn) [S].

[16]ES 95400-10-2007，現(xiàn)代、起亞工程標(biāo)準(zhǔn) [S].