微動開關(guān)被廣泛地應(yīng)用在汽車電子智能、安全、控制等領(lǐng)域。其開關(guān)接觸可靠性是影響其邏輯通斷正確性的重要元器件之一。文章結(jié)合座椅靠背微動開關(guān)的物理特性，通過伏安法列舉在氣候負(fù)荷可靠性試驗中對微動開關(guān)功能的監(jiān)控，以及對微動開關(guān)在鹽霧試驗中的功能性失效進(jìn)行對比分析。向零部件供應(yīng)商提供初步的失效原因分析，并從材料選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計兩個方面對某車型運用的座椅靠背微動開關(guān)提出質(zhì)量改善建議。
引言
車用微動開關(guān)的關(guān)鍵特性是檢測的多樣性、精確性、可靠性，與子系統(tǒng)的配合和集成。廣泛地應(yīng)用在車身、座艙內(nèi)飾、舒適系統(tǒng)和安全系統(tǒng)中。車用微動開關(guān)可以用來調(diào)節(jié)座椅的個性化設(shè)置和熱舒適度。例如，通過使用高電流和低電流微動開關(guān)來控制執(zhí)行器，乘客可以獲得更好的乘坐舒適度。通過安全微動開關(guān)來檢測后排和前排座椅的位置，從而調(diào)整安全氣囊的體積，更好地確保乘客的安全。本文借助某車型應(yīng)用的座椅靠背微動開關(guān)進(jìn)行可靠性試驗探討，并對試驗失效現(xiàn)象展開分析。
座椅靠背微動開關(guān)結(jié)構(gòu)原理
車用微動開關(guān)一般由傳動器部分、節(jié)點部分、外殼部分、速動機構(gòu)部分、端子部分，以上五大部分組成。某車型用的座椅靠背微動開關(guān)也是基于以上五大部分開發(fā)的，如圖1所示。某車型用的座椅靠背微動開關(guān)是將來自外部的力傳遞給內(nèi)部機構(gòu)，切實打開或關(guān)閉電氣電路，通過使用高電流和低電流微動開關(guān)來控制執(zhí)行器，以使乘客可以獲得更好的乘坐舒適度。
圖1 座椅靠背微動開關(guān)結(jié)構(gòu)原理圖
座椅靠背微動開關(guān)可靠性試驗及功能監(jiān)控
座椅靠背微動開關(guān)屬于汽車電子電氣零部件，其典型設(shè)計壽命目標(biāo)是應(yīng)達(dá)到95%的用戶使用需求的10年或15年周期。因此，按照某車企的電子電氣零部件通用測試規(guī)范建議，也要按照乘用車在不同安裝位置上12V系統(tǒng)的電子電氣部件壽命試驗方法進(jìn)行驗證其可靠性。其中一個分組的可靠性試驗項目和順序分別如下：三溫度三電壓檢測、高低溫存儲、三溫度三電壓檢測、鹽霧試驗、三溫度三電壓檢測。
1.座椅靠背微動開關(guān)可靠性試驗
本文探討的座椅靠背微動開關(guān)按照三溫度三電壓檢測、高低溫存儲、三溫度三電壓檢測、鹽霧試驗、三溫度三電壓檢測的先后順序進(jìn)行試驗，目的是為了更全面、更高效地對其可靠性進(jìn)行摸底和評估。
（1）三溫度三電壓檢測，目的是考核座椅靠背微動開關(guān)在最高存貯/工作溫度、最低存貯/工作溫度條件下，對應(yīng)的最大、最小和正常工作電壓的性能。
（2）高低溫存儲，目的是考核座椅靠背微動開關(guān)在最高存貯溫度、最低存貯溫度條件下的穩(wěn)定性。
（2）鹽霧試驗，模擬座椅靠背微動開關(guān)在含鹽空氣和含鹽水下的環(huán)境負(fù)荷，比如地球上的某些地區(qū)可能產(chǎn)生的情況，目的是為了保證座椅靠背微動開關(guān)的抗鹽分負(fù)荷（比如由于短路和電流泄漏而使鹽分滲入部件）缺陷的穩(wěn)定性。
2.座椅靠背微動開關(guān)功能監(jiān)控
在氣候環(huán)境試驗負(fù)荷下，也需要同時對開關(guān)的功能進(jìn)行監(jiān)控。座椅靠背微動開關(guān)，通過開關(guān)阻值的變化信號來表征靠背上鎖/解鎖狀態(tài)和座椅角度。開關(guān)在額定工作電壓8VDC下工作，當(dāng)開關(guān)處于解鎖狀態(tài)時，內(nèi)部電阻是909Ω，當(dāng)開關(guān)處于上鎖狀態(tài)時，內(nèi)部電阻是100Ω。樣品的內(nèi)部簡圖如圖2所示。因此，在試驗中對樣品功能的監(jiān)控本質(zhì)上就是對電阻變化值的監(jiān)控。但是，在環(huán)境試驗箱、鹽霧試驗箱內(nèi)，我們很難通過操作孔去人為不斷地檢查樣品的內(nèi)部電阻變化情況。所以，可以考慮采用伏安法對其進(jìn)行監(jiān)控。如圖3、圖4所示，在開關(guān)回路中串聯(lián)介入一個1Ω的電阻，試驗中監(jiān)控該1Ω的電阻兩端電壓。在理論情況下，監(jiān)控的電壓數(shù)值即為回路電流數(shù)值，再根據(jù)歐姆定律可以將電流數(shù)值結(jié)合工作電壓轉(zhuǎn)換為電阻。最終將監(jiān)控所得到的電阻值，判斷座椅靠背微動開關(guān)的內(nèi)部電阻功能是否正常。
圖2 座椅靠背微動開關(guān)結(jié)構(gòu)原理圖
圖3 電阻監(jiān)控示意簡圖
圖4 電阻監(jiān)控示意圖
座椅靠背微動開關(guān)的失效探討
1.鹽霧試驗失效現(xiàn)象
在分組試驗有序地進(jìn)行下，座椅靠背微動開關(guān)在鹽霧試驗過程中，6個共同試驗的樣品，其中有2個樣品的電阻阻值出現(xiàn)了偶發(fā)性異常。如表1所示，根據(jù)座椅靠背微動開關(guān)的參數(shù)，結(jié)合試驗數(shù)據(jù)（如圖5所示）發(fā)現(xiàn)編號為1#樣品在解鎖狀態(tài)下的電阻為953.90Ω，編號為5#樣品在上鎖狀態(tài)下的電阻為65.54Ω，都低于設(shè)計下限電阻值。
表1 座椅靠背微動開關(guān)的參數(shù) 
圖5 監(jiān)控電壓圖
側(cè)面解剖樣品，如圖6所示，可發(fā)現(xiàn)開關(guān)的按鈕下方的金屬部件出現(xiàn)腐蝕并伴有鹽份的現(xiàn)象，初步判斷是有鹽水深入進(jìn)去開關(guān)內(nèi)部。但是開關(guān)的外殼防護(hù)等級是IP67，理論上不可能有會流體進(jìn)入到內(nèi)腔。
圖6 開關(guān)剖面圖
2.失效現(xiàn)象分析
根據(jù)開關(guān)的按鈕下方的金屬部件出現(xiàn)腐蝕并伴有鹽份的現(xiàn)象，結(jié)合樣品的設(shè)計、工藝、結(jié)構(gòu)，我們進(jìn)一步查找失效的原因。將失效的開關(guān)放在顯微鏡下，發(fā)現(xiàn)按壓觸電的硅膠帽呈現(xiàn)有破裂折痕、電線和密封膠之間出現(xiàn)裂痕、負(fù)極與電路板上的引腳之間出現(xiàn)短路現(xiàn)象（電線受到擠壓導(dǎo)致在低壓注塑的過程中出現(xiàn)翹曲并與電路板上的多余引腳出現(xiàn)摩擦），如圖7所示。取出其他分組的開關(guān)進(jìn)行對比，一組是只進(jìn)行過三溫度三電壓檢測的樣品，另一組是進(jìn)行過三溫度三電壓檢測和高低溫存儲的樣品。通過對比發(fā)現(xiàn)，只進(jìn)行過三溫度三電壓檢測的樣品，雖然功能正常，但是電線和密封膠之間出現(xiàn)輕微裂痕；進(jìn)行過三溫度三電壓檢測和高低溫存儲的樣品，電線和密封膠之間出現(xiàn)明顯裂痕且密封膠出現(xiàn)破裂。此外，開關(guān)是低壓注塑工藝包裹其電路板，包裹的材料為二甲基硅橡膠橡膠，從而達(dá)到密封的功能。但是二甲基硅橡膠橡膠的缺點是強度低，在低溫條件下抗撕裂性能差，耐磨性能也差。綜上所述，結(jié)合開關(guān)內(nèi)部的金屬件出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，可推理得出鹽霧試驗失效的原因是前面的三溫度三電壓檢測和高低溫存儲試驗導(dǎo)致橡膠老化開裂。所以在鹽霧實驗中，水分沿著黑色電線往開關(guān)內(nèi)部流動。由于電線表皮有損傷，且離外部近，水分的進(jìn)入，導(dǎo)致腐蝕和短路現(xiàn)象的出現(xiàn)。
圖7 開關(guān)剖面圖
結(jié)語與建議
本文結(jié)合座椅靠背微動開關(guān)的基本構(gòu)造原理、試驗過程中的功能監(jiān)控方法和試驗的異常現(xiàn)象，通過拆解樣品在顯微鏡下對其部件進(jìn)行微觀現(xiàn)象分析。從而初步得出座椅靠背微動開關(guān)在分組試驗進(jìn)行過程中出現(xiàn)異?，F(xiàn)象的初步結(jié)論，開關(guān)的橡膠老化開裂導(dǎo)致水分沿著黑色電線往開關(guān)內(nèi)部，加上電線表皮的損傷導(dǎo)致腐蝕和短路。因此，針對文中提及的座椅靠背微動開關(guān)，可以考慮從以下兩個方面改善從而提高其可靠性。第一，更換低壓注塑工藝包裹的材料，用氫化丁腈橡膠代替二甲基硅橡膠橡膠。第二，優(yōu)化內(nèi)部電路板的元器件布局，并且在元器件焊接完后按照產(chǎn)線標(biāo)準(zhǔn)把多余的引腳切除，以使電線不受焊腳的擠壓而破損。
引用本文：
胡凱，于國林，張旺威，張仕彬.座椅靠背微動開關(guān)可靠性試驗及失效探討[J].環(huán)境技術(shù),2023,41(09):76-79+84.
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