胡云峰

（錦州東佑精工有限公司，遼寧 錦州 121007）

隨著社會科技的不斷進步和發(fā)展，人們的消費水平也在不斷提高，特別是大宗商品汽車的消費不斷走進千家萬戶，從而帶動中國汽車業(yè)的快速發(fā)展，中國汽車零部件行業(yè)也隨之迅猛發(fā)展，汽車發(fā)電機用調節(jié)器和整流橋同比增長也超過10%，但是高端調節(jié)器和整流橋的自主設計和開發(fā)還是空白。目前，中國中、大型轎車發(fā)電機用高端調節(jié)器和整流橋主要還是依賴進口，供貨期較長，價格偏高，而且發(fā)電機研發(fā)還往往受制于國外供應商和研發(fā)機構，這也嚴重阻礙了國內高端產品的發(fā)展，為了滿足消費者對高端產品的不斷需求，因此自主研發(fā)了汽車發(fā)電機用DBR多功能技術調節(jié)器替代進口產品。

DBR技術調節(jié)器在制造過程中出現失效模式不但影響汽車發(fā)電機的整體性能，而且直接影響到終端顧客的使用感受和人身安全。因此，針對汽車發(fā)電機用DBR技術調節(jié)器過程失效模式進行分析，并執(zhí)行有效的控制計劃，是控制高端汽車電控系統安全輸出的重要環(huán)節(jié)，對實現高端汽車發(fā)電機電子產品國產化，促進中國汽車電子產業(yè)的技術進步與發(fā)展具有重要的意義。

1 汽車發(fā)電機用DBR多功能調節(jié)器技術說明和創(chuàng)新點

1.1 DBR多功能調節(jié)器技術說明

DBR調節(jié)器是Die（晶片）Bonding（鍵合）Regulator（調節(jié)器）的首字母縮寫，采用鋁線鍵合的方式將晶片各個端子與碳刷架上的預埋片連接起來，實現產品的功能。Die直接粘貼在具有高效散熱功能的MCB鋁基板上，MCB板是采用熱點分離技術高溫壓制而成的鋁銅復合板，然后在銅層上設計電子線路，進而實現信號傳導功能。晶片采用裸晶片的方式，集成度更高，電特性穩(wěn)定可靠。DBR多功能調節(jié)器晶片對比普通晶片，增加了軟加載功能及高溫保護、缺相保護、高壓保護、低壓保護、指示燈斷線診斷，及可連接ECU對整車工作狀態(tài)進行監(jiān)控等功能。

1.2 DBR多功能調節(jié)器技術創(chuàng)新點

1）DBR技術調節(jié)器產品實現了程序燒錄功能，一款晶片可實現多種功能參數的設置 （燒錄），滿足不同客戶需求。

2）參數可重復燒錄，降低人為因素造成的不良率，節(jié)省不良成本。

3）采用串行通信技術，與整車ECU單線連通。

4）調節(jié)器的L端子與ECU斷開連接時，調節(jié)器仍能工作，相當于普通的多功能調節(jié)器。

5）ECU可以對機械、電氣、溫度、通信和超時等各類錯誤提供明確指令。

6）產品結構簡單，降低材料成本。DBR技術調節(jié)器產品構成部件共計9種，國內普通調節(jié)器產品構成部件11種，部件數量減少約22%，因此DBR技術調節(jié)器產品在結構上簡化了，降低了材料成本。

7）采用鋁線鍵合技術將Die與刷架及MCB實現了信息通信。

8）首次采用MCB鋁銅復合板作為線路板實現產品功能，并提高了散熱效果；

9）電壓調節(jié)性能精度高，成本降低，提高了市場競爭力。

2 汽車發(fā)電機用DBR多功能調節(jié)器結構和性能指標

2.1 DBR技術調節(jié)器結構

DBR技術調節(jié)器產品沿襲新技術產品結構，產品構成部件共9種，分別是：碳刷架、散熱片、晶片、PCB、碳刷、彈簧、晶片蓋、防塵蓋、集電環(huán)防護罩。具體見圖1。

圖1 DBR技術調節(jié)器結構示意圖

2.2 DBR調節(jié)器性能指標

2.2.1 電壓調節(jié)性能

DBR技術調節(jié)器電壓調節(jié)性能與普通調節(jié)器性能相比，調節(jié)精度對比見表1。

2.2.2 溫升性能

DBR技術調節(jié)器產品的靜態(tài)溫升性能見表2。

表2 DBR技術調節(jié)器產品的靜態(tài)溫升性能

DBR技術調節(jié)器的L端子與ECU斷開連接時的主要性能（多功能調節(jié)器）：①軟加載功能；②ECU監(jiān)控功能；③過熱保護功能；④缺相保護功能；⑤高壓保護功能；⑥低壓保護功能；⑦指示燈斷線保護功能等。

3 DBR多功能調節(jié)器制造過程失效模式分析和控制計劃

一個多功能調節(jié)器產品能實現設計好的功能要求，首先在產品設計時要進行例如產品結構、功能、品質等方面的先期策劃。進入到制造階段后，對前期產品研發(fā)階段總結的PFMEA中RPN值和嚴重度S值超過規(guī)定紅線的制造過程要有相應控制計劃輸出。DBR技術調節(jié)器的整個制造過程由17個工位組成，具體見圖2。

圖2 DBR多功能調節(jié)器制造流程圖

在產品制造階段對過程失效模式進行分析和針對的控制是至關重要的，是能否實現最終的合格產品滿足顧客要求的必要保證。對于DBR多功能調節(jié)器制造過程中常見的失效模式和控制方法進行總結如下。

3.1 固晶和銀漿硬化強度不夠造成晶片溫度過高和松動，致使晶片功能失效

晶片對于DBR技術調節(jié)器來說是最重要的核心部件，DBR調節(jié)器的調節(jié)電壓功能都是由晶片內部程序來完成。對晶片在MCB基板上進行固定和粘貼銀漿的硬化強度是制造過程的重要特性參數。晶片和MCB基板之間是由銀漿進行粘貼連接。在MCB基板上進行銀漿涂裝時，可能產生以下兩種失效模式。

1）銀漿過厚產生的失效模式為：晶片整體散熱不好，長時間內部高溫會使晶片內部電子線路和集成器件熔蝕造成短路或斷路，DBR調節(jié)器典型VSET功能失效現象如圖3所示。

2）銀漿過少產生的失效模式為：MCB基板和晶片粘貼不牢靠容易出現松動和間隙。如圖4a所示晶片底部銀漿過少，晶片粘貼強度不夠造成脫落，晶片長時間震動后，造成內部構件虛連，整體晶片功能時好時壞，性能出現OK和NG反復，最終成品可靠性失效，具體如圖4b所示。

圖3 調節(jié)器晶片功能失效

圖4 銀漿過少產生的失效模式

在整車中，一旦由于DBR技術調節(jié)器的多功能輸出失效，如果車輛是在停止狀態(tài)時會造成車輛點火功能失效，車輛無法啟動。如果車輛是在行駛狀態(tài)，那么嚴重的會造成車毀人亡的后果。為了預防上述過程失效模式的產生，在制造過程中制定控制計劃：①采用自動固晶機進行操作，銀漿用量控制在0.004g，AIR壓力控制：氮氣氣壓控制范圍500±50kPa，空氣氣壓控制在500±50kPa范圍。主氣壓表控制在0.5±0.1MPa，副氣壓表控制在0.2±0.02MPa。②銀漿硬化溫度控制在TEMP1-TEMP2 130±10℃，TEMP3-TEMP12 175±10℃。氮氣流量控制在S1：0，W1-W6、N1、D1：2±0.5l／min。③MCB表面溫度控制在160～175℃ （最低保持40min）。④晶片粘貼強度控制≥30kgf。⑤白鋼槽與矯形工裝的校準點相貼合，防止晶片移位。

3.2 在晶片和MCB基板、碳刷架端子鍵合時，焊接不良造成的斷路現象

晶片通過鋁線和MCB基板、碳刷架端子進行超聲波鍵合后，才能起到電子線路導通作用。整個DBR多功能調節(jié)器才真正有了心臟。而這些端子焊點的品質決定著這個調節(jié)器功能輸出的品質。造成焊接不良的原因有：①點焊電流過大，造成焊點擊穿。②焊接端子鍍層厚度不符合標準要求，造成焊接剝離強度不夠，如圖5所示。③焊接端子表面有異物，造成焊崩現象。如果焊接端子不良會使端子折斷、開裂、斷裂，直接導致調節(jié)器內部電路斷路。如圖6所示。

圖5 焊接端子鍍層厚度不符合標準

圖6 焊接端子不良

控制計劃：①在鍵合晶片端子時，電流控制在3400A，焊接壓力15kgf，鍵合時間0.25s。②鍵合機劈刀、引線槽及切線器的安裝狀態(tài)：劈刀的中心線與引線器槽中心線及切線器中心線對正且三者之間不相互干涉。劈刀校準：水平垂直壓痕交疊成口字。③8mil鍵合拉力A、C處 ≥230gf，B處≥200gf；8mil鍵合推力≥350gf；10mil鍵合拉力A、C處 ≥300gf，B處 ≥240gf；10mil鍵合推力≥400gf。

3.3 調節(jié)器碳刷架內注入密封膠過少、硬化強度不夠導致無法保護晶片

晶片在安裝進調節(jié)器刷架內部后，為了晶片上元器件不受到外部因素影響而形成線路氧化、部件焊點氧化、各部件之間絕緣，要進行密封膠的注入并進行硬化。如果沒有按照控制計劃標準要求的硬化溫度和時間來進行控制，那么硅膠就不會完全凝固，在調節(jié)器生產流動時，硅膠會漏出刷架腔體造成內部硅膠的缺失，晶片上的元器件會得不到硅膠的覆蓋。不固化的硅膠也不能起到保護晶片的作用。

在受到外部因素的影響時，晶片會進入灰塵、氧化、水汽等，會產生不可預知的潛在失效模式。由于注膠量過少和硬化強度不夠導致的晶片鍵合端子氧化、功能失效，在整個DBR多功能調節(jié)器制造過程中也是比較常見的失效模式，見圖7、圖8。

圖7 晶片鍵合端子氧化

控制計劃：①硬化溫度要控制在設定溫度：150℃，管理溫度：150±10℃。硬化時間要嚴格按照20min要求執(zhí)行。②硅膠量控制在1.2±0.1g（以完全覆蓋鍵合線為準參考）。③AIR 壓力主氣壓表：0.5±0.1MPa，副氣壓表：0.1±0.02MPa。

3.4 碳刷端子點焊和碳刷伸出長度不良導致調節(jié)器電性能NG

調節(jié)器碳刷是起到和發(fā)電機轉子連接的作用，這樣調節(jié)器才能對發(fā)電機輸出的電壓起到調節(jié)作用。①點焊機電阻焊時產生大電流容易把焊接端子擊穿、斷裂，小電流會使焊接強度不夠，焊接端子易斷路。碳刷引線和碳刷架端子焊接不良直接導致DBR多功能調節(jié)器B+到F端斷路，在晶片內不能形成電子回路，多功能輸出阻斷不能給發(fā)電機轉子繞組提供勵磁電流。②調節(jié)器本身有兩個碳刷伸出端，兩個碳刷伸出端要長度一致。這樣在與發(fā)電機轉子進行接觸后會產生基本一致的碳刷磨損量，如果碳刷的磨損量不一致，會造成調節(jié)器的可靠性降低，產品的壽命將不能達到規(guī)定的時間。

圖8 功能失效

控制計劃：①碳刷端子點焊時對壓力、時間、電流進行過程特性控制，控制參數見表3（壓力值4.0±0.5kgf／cm2，電流值公差≤5%）。②點焊電極研磨，每點焊800次研磨一次電極；8h更換一次電極或損壞時；電極高度22±0.5mm。③碳刷露出長度控制在11.3±1mm。④點焊后碳刷引線和碳刷架尾部端子的剝離強度≥4kgf。⑤對碳刷架尾部端子的鍍層控制在：鐵鍍銅1～2μm，鍍錫層2～3μm，表面不能有雜質。

表3 控制參數

4 結束語

當前，隨著科技的發(fā)展，汽車發(fā)電機用調節(jié)器已從原來單一的調節(jié)電壓作用逐步變成以顧客為導向的多功能定制產品，為了打破發(fā)電機用高端調節(jié)器主要還依賴進口，且受制于國外供應商和研發(fā)機構的壁壘，滿足消費者對高端產品的不斷需求，打造中國自主品牌，因此自主研發(fā)了DBR技術調節(jié)器。以上對DBR技術調節(jié)器在制造過程中經常出現的過程失效模式和控制計劃進行了分析論述，希望對設計、研發(fā)、工程管理多功能調節(jié)器的專業(yè)技術人員，掌握多功能調節(jié)器過程失效模式快速分析和控制計劃的制定起到一個經驗借鑒的作用，更好地為顧客提供優(yōu)質的產品和便捷的服務。