李 強，舒世燕，杜曉蕊，孫冠勇

（河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030）

1 引言

汽車鼓風機作為汽車空調系統(tǒng)的重要組成部分，是汽車舒適性的一個重要保障，而作為汽車電氣系統(tǒng)關鍵零部件的汽車連接器，其分布在汽車上任何一個需要電連接的地方，是汽車電性能穩(wěn)定的重要保障。對于汽車鼓風機而言，其也需要連接器來連接相關線束，從而實現電連接功能。

2 問題描述

河南天海電器有限公司作為國內最大汽車連接器研發(fā)與生產基地，近期接到客戶反饋某款已批量供貨多年的鼓風機連接器出現幾起連接器燒蝕的現象，通過對故障件進行拆解，發(fā)現燒蝕現象全部集中在兩處，分別為連接器插座端子與插針接觸處、插針端子與線路板焊接處，如圖1所示。

對于這種問題，我們一并分析了整條電路上其他部件的使用情況，發(fā)現回路中3平方導線與40A熔斷片都正常，并沒有熔斷片熔斷與導線發(fā)煙的現象發(fā)生。

同時我們了解到目前這款連接器的4條回路中，中間兩個孔位是實現信號連接、兩邊的孔位為電源連接，目前故障全部發(fā)生在與電源線相關的Pin角接觸處。

圖1 故障件圖片

3 問題原因分析

3.1 準確定位問題原因

從問題描述中我們發(fā)現，目前同回路中導線與對應熔斷片都沒有故障，而連接器出現燒蝕。這種現象我們判斷是溫升超過了連接器的正常使用溫度導致，故先對連接器溫升超過使用溫度的情況進行實驗模擬，實驗數據如圖2所示。

圖2 端子溫升實驗及數據

由實驗得出：在室溫23℃時，對回路通49A電流，55s后連接器端子上溫度達到140℃ （若在80℃環(huán)境溫度下，通33A電流時，55s后端子溫度達到140℃）。目前該款連接器使用的材料為PA66，額定工作溫度為125℃，同時該產品使用鍍錫端子，其使用溫度為130℃。

然后通過對Littelfuse 40A熔斷片進行性能參數查詢，發(fā)現對于40A熔斷片其過載135% （54A），熔斷時間在1～30min之間，如圖3所示；另外對3平方的AVS導線在50A的發(fā)煙時間進行標準查詢，發(fā)現導線發(fā)煙時間大于1000s，如圖4所示。

圖3 Littelfuse熔斷參數

圖4 導線發(fā)煙數據

3.2 連接器標準對連接器使用環(huán)境的定義

通過以上數據，我們發(fā)現當室溫環(huán)境下，回路出現49A電流時 （或者在80℃的環(huán)境溫度下，回路中出現33A電流時），保持通電不超過1min的時間，這時候導線不會出現發(fā)煙，同時熔斷片也不會出現熔斷，但是對于回路中的連接器接觸處的溫度 （溫升加上環(huán)境溫度）會超過連接器正常使用溫度，從而導致連接器塑性變形、端子彈性接觸點因為材料的應力松弛而接觸電阻增加，這些變化又會反過來增加端子的溫升，形成惡性循環(huán)等。

所以這種偶發(fā)性燒蝕問題，可以判斷是因為電路中頻繁出現堵轉電流，并引起回路中溫升超過連接器使用溫度而導致的連接器燒蝕。

3.3 連接器回路中最高發(fā)熱點定位

通過對故障件分析發(fā)現連接器燒蝕主要集中在連接器插針端子與插座端子接觸處、插針端子與線路板焊接處，為此我們建立驗證實驗臺如圖5所示，并分別對2處發(fā)熱點搭載熱電偶，對其溫升進行實時監(jiān)控，如圖6所示。

圖5 溫升發(fā)熱點驗證實驗臺

圖6 A、B監(jiān)測點

通過采集相應的電流與溫升數據，得出相應溫升對比曲線，如圖7所示。我們發(fā)現相同電流和通電時間的條件下，插座端子與插針相連的部位A的溫升比線路板上插針的焊接位置B溫升低，且隨著電流增大，此溫升差距也逐漸增大，通過實驗判斷此回路的最大發(fā)熱點來源于線路板與插針焊接處。

圖7 溫升對比數據

3.4 連接器回路中最高發(fā)熱點原因分析

對于這種線路板焊接的插針若發(fā)熱主要是因為焊接不良引起，為此我們對故障件進行可焊性投影檢測分析，如圖8所示。

圖8 故障件線路板樣品

通過對投影結果進行分析，我們看到故障件存在非常明顯的虛焊現象，如圖9中紅圈標記處，特別是出現嚴重燒蝕的pin角，虛焊現象非常嚴重，為此我們又對一個新焊接線路板 （圖10）進行可焊性投影檢測。

圖9 投影分析圖

圖10 新焊接線路板樣品

通過投影檢測，新焊接的線路板也存在很明顯的虛焊現象 （圖11紅圈標記處），雖然這種虛焊情況相比于故障件的虛焊情況要好很多，但是這種虛焊在線路板焊接中都是不可接受的。

圖11 投影分析圖

通過進一步與線路板廠家進行溝通，了解到目前線路板的插針焊接都是通過工人手工焊接來實現批量生產的。手工焊裝使用的電烙鐵頭部溫度在350℃左右，焊裝時烙鐵頭在非常短的時間內把引腳、焊盤表面和焊錫絲加熱到焊錫絲熔化的溫度，若焊裝時間不夠長，熔化的錫液只是附著在焊盤的表面，并沒有完全流入焊盤內孔，若焊裝時間過長，極易損傷焊盤影響回路性能。所以焊裝時間的長短直接影響焊裝的產品性能，一般情況下我們不允許使用手工焊裝器件 （非功能性手工樣件除外），必須使用波峰焊、回流焊工藝，才能滿足產品性能要求。

通過以上的分析，我們得出這次品質故障，主要是因為線路板虛焊，在通過大電流的時候引起發(fā)熱并燒蝕線路板與插針接觸部，同時又通過熱傳導燒蝕相應的連接器與端子，從而引起連接器功能失效。

4 優(yōu)化措施

因為鼓風機是感性負載，乘用車鼓風機最大堵轉電流超過37A，所以建議通過以下方式來優(yōu)化回路載流能力，降低溫升。

1）回路中使用導線由3mm2調整到4mm2，這樣可以增加回路散熱與載流能力，相關過載驗證實驗數據如圖12所示。

圖12 端子3、4平方導線過載實驗對比圖

通過實驗，發(fā)現使用4mm2的導線的回路在過載情況下連接器端子接觸處的溫升要遠遠小于同實驗條件下使用3mm2導線的溫升數據。

2）用電器端輸出功率的規(guī)范與控制，并且防止插針端子在焊接過程中出現虛焊現象，不能使用人工焊接的方式批量生產。

5 總結

針對汽車鼓風機連接器燒蝕案例的分析，我們整理出如下解決此類問題的思路與方法。

1）首先，對于整個電氣回路找到整個回路的耐溫最薄弱環(huán)節(jié)，如在本案例中通過對比導線、熔斷片、連接器耐溫等級，分析找到耐溫最薄弱環(huán)節(jié)為連接器連接處。

2）其次，定位電氣回路中最熱發(fā)熱點，只有找到了最熱的發(fā)熱點，才可以有的放矢地去解決相關問題；如在此回路中找到了線路板與插針焊接處為最熱發(fā)熱點，并以此找到問題的解決思路與辦法。

3）最后，對于汽車鼓風機電氣回路，推薦選用4mm2導線便于增加回路中載流能力與散熱能力，同時在插針與線路板焊接處不能通過手工焊接來實現相應功能。