在汽车电子系统的设计与制造中，确保零部件在各种严苛环境下的可靠性至关重要。其中，温度循环和机械振动是车辆在整个生命周期中必然持续面对的两大核心应力。为了科学评估和验证电子元器件的耐受能力，行业广泛采用一系列标准化的测试方法。本文将围绕车载传感器领域常用的两项重要测试标准——JESD22-A104H（温度循环）与JESD22-B103B（振动，变频）进行介绍，并通过对比分析，阐述其在实际应用中的特点与价值。
一、环境应力测试的必要性
一辆汽车中的传感器数量可达上百个，它们负责监测温度、压力、位置、加速度等关键参数，是车辆实现控制、安全与智能功能的基础。这些传感器的工作环境极为复杂：发动机舱内温度剧烈波动，从极寒的冬季冷启动到夏季的高温运行，温差可能超过150摄氏度；车辆行驶在不同路况上，又会持续承受来自路面和发动机的机械振动。
如果传感器无法承受这些应力，就可能出现性能漂移、信号中断甚至完全失效。例如，温度循环可能导致焊接点因不同材料热膨胀系数差异而疲劳开裂；持续的振动则可能使内部连接松动或元件结构损坏。在实验室中模拟并加速这些环境应力，进行可靠性测试，是筛选设计缺陷、提升产品耐久性的关键环节。
二、核心测试标准解析：JESD22-A104H与JESD22-B103B
这两项标准均由国际组织制定，为评估电子元器件可靠性提供了明确、统一的测试流程与条件。
1.JESD22-A104H：温度循环测试
这项标准专注于考核器件承受极端温度交替变化的能力。测试并非简单地设定两个温度点，而是定义了严苛的温度曲线。被测传感器被置于温箱中，在设定的高温（如+125°C）和低温（如-40°C）之间进行反复循环。每个循环包括在极端温度下的保持时间（使器件整体温度稳定），以及在高低温之间的转换时间（规定了转换速率，如每分钟10°C以上）。如此循环成百上千次。
*测试目的：主要激发由热膨胀失配引起的机械应力失效。例如，评估芯片与基板之间的焊点、内部引线键合点、封装材料界面等是否会在长期热疲劳下产生裂纹或分离。
*模拟场景：模拟车辆经历昼夜温差、季节变化、频繁启停造成的发动机舱温度剧烈波动，以及传感器自身功耗产生的热量与环境冷却的交替。
2.JESD22-B103B：振动测试（变频）
这项标准用于评估器件在振动环境下的机械坚固性。与模拟单一频率振动的测试不同，B103B采用的是“扫频振动”方式。测试时，将传感器牢固安装在振动台上，在规定的频率范围（例如10Hz至2000Hz）内，以一定的速率连续扫描振动频率，同时保持固定的振动加速度。
*测试目的：发现因机械共振导致的潜在缺陷。当外部振动频率与传感器内部某些结构的固有频率一致时，会发生共振，导致振幅放大，可能造成导线断裂、紧固件松脱、芯片损伤等。扫频测试能系统地探查在整个频率范围内的共振点及其影响。
*模拟场景：模拟车辆行驶在粗糙路面、减速带，或发动机不同转速下产生的宽频带振动激励。
三、对比分析与特点突出
将JESD22-A104H+B103B的组合与其他一些常见的测试方法或理念进行比较，可以更清晰地理解其针对车载传感器应用的特点与优势。
1.与单一环境测试对比
*单一温度测试（如高温存储）：仅考察了材料在恒定高温下的长期稳定性，无法评估温度交变带来的热机械疲劳。而A104H的温度循环测试更能复现真实世界中冷热交替的应力，对互联可靠性的考核更为直接和严酷。
*单一振动测试（如定频振动）：只在某个固定频率下进行，可能错过产品在实际复杂振动频谱中的关键共振点。B103B的扫频方式覆盖了更宽的频率范围，测试更优秀，更容易暴露设计中的薄弱环节。
2.与综合应力测试（如三综合测试）对比
*三综合测试（温度+湿度+振动）是一种更复杂的测试，能模拟多应力耦合的极端环境（如高温高湿下的振动）。相比之下，A104H+B103B的组合更专注于温度与机械这两项对车载传感器最主要、最基础的物理应力。其优势在于：
*测试目的明确，成本与周期相对可控：对于许多车载传感器，温度和振动是失效的首要驱动因素。专注于这两项测试，能以较高的效率验证核心可靠性，适合在研发阶段和量产质量控制中广泛开展。
*失效机理清晰：分开或顺序进行温度循环和振动测试，有助于工程师清晰定位失效根源——是热疲劳导致，还是共振破坏，便于进行针对性的设计改进。
3.与早期或低要求标准对比
*早期的或要求较低的温度循环测试，可能循环次数少、温变速率慢、温度范围窄。JESD22-A104H作为当前版本，通常要求更快的温变速率和更多的循环次数，加速应力更显著，考核更严格。
*同样，B103B标准对振动量级、扫频速率和测试轴向有具体规定，相比非标或宽松的振动测试，能提供一致且可比性强的可靠性数据，确保不同供应商的传感器产品经受同等严格的考核。
四、在车载传感器领域的应用价值
采用JESD22-A104H与JESD22-B103B标准对车载传感器进行测试，其价值体现在多个层面：
1.设计验证与改进：在产品研发阶段，通过这两项测试可以提前暴露传感器在热机械和振动方面的设计缺陷。例如，发现某个焊接工艺在经历500次温度循环后出现裂纹，或发现某个频率下的振动导致信号异常。工程师可以据此优化材料选择、结构设计或工艺参数，从源头提升可靠性。
2.质量一致性保证：在批量生产过程中，对抽样产品进行这些测试，是监控生产工艺稳定性的重要手段。稳定的工艺应能生产出持续通过标准测试要求的产品。
3.供应链管理与选型依据：汽车制造商或一级供应商可以将通过此类标准测试作为对传感器供应商的基本资格要求。它为评估和比较不同供应商产品的可靠性提供了一个客观、通用的技术基准，降低了因零部件早期失效带来的风险。
4.符合行业可靠性预期：遵循JESD22等广泛认可的国际标准进行测试，意味着产品的可靠性验证方法与行业主流接轨，其测试结果更容易获得客户信任，满足汽车行业对零部件高可靠性的普遍期待。
总结
车载传感器的工作环境要求其多元化具备对抗温度循环和机械振动的坚固性。JESD22-A104H（温度循环）和JESD22-B103B（振动，变频）这两项标准，分别针对这两种核心应力提供了科学、严谨且可重复的测试方法。通过与其他测试方式的对比可以看出，这一组合测试聚焦于最关键的环境因素，在测试效率、失效机理明晰度和行业认可度方面具有平衡优势。对于车载传感器的设计者、制造商和使用者而言，理解和应用这些测试，是确保产品在复杂的车辆环境中长期稳定、可靠运行的重要基石，最终为整车的安全性与耐久性提供了来自基础元器件层面的保障。
全部评论 （0）