在汽车电子领域，确保零部件在各种严苛环境下的可靠性至关重要。其中，振动是车辆行驶过程中持续存在的环境应力，可能对电子控制单元、传感器、电机等内部执行器造成潜在损害。为了评估这些车载执行器在振动环境下的耐久性，行业普遍采用一项重要的测试标准：JESD22-B103B。这项标准专门用于评估表面贴装器件在承受定频振动时的机械坚固性。
那么，什么是定频振动测试？它为何对车载执行器如此重要？简单来说，定频振动测试是指让被测样品在某个固定的频率点上，持续承受一段时间的振动。这与扫频振动不同，后者是在一个频率范围内不断变化。定频测试的目的，是模拟产品在特定频率共振点上的长期耐受能力。汽车在运行中，发动机、路面激励以及车身结构本身都会产生特定的振动频率。如果车载执行器的固有频率与这些外部激励频率重合或接近，就可能发生共振，导致振幅急剧放大，加速零部件的疲劳和失效。通过JESD22-B103B测试，可以有效地筛选出设计或工艺上存在薄弱环节的产品。
JESD22-B103B标准全称为“带引线的表面贴装器件的振动，定频测试方法”。它详细规定了测试的设备要求、安装方法、测试条件和失效判据。虽然其标题提及“带引线的表面贴装器件”，但其测试原理和方法同样适用于许多集成化的车载执行器模块的评估。接下来，我们将从几个方面详细解读这项测试。
一、测试的核心目的与模拟场景
这项测试的主要目的并非模拟车辆经历的所有随机振动，而是专注于一个关键风险点：共振疲劳。它旨在回答这样一个问题：当器件安装到电路板上，并且整个组件暴露于一个与其固有频率一致的持续振动环境中时，其电气和机械结构能坚持多久而不出现故障？
在汽车场景中，这可以类比于：
1.发动机在某一恒定转速下产生的特定频率振动，通过车架传递到安装在发动机舱或车身各处的控制单元。
2.车辆长期在某种特定粗糙度的路面上行驶，产生的周期性冲击。
3.车内扬声器或空调风机等附件工作时产生的固定频率振动对周边电子部件的影响。
通过这种“聚焦式”的严酷测试，可以暴露出焊接点（特别是引线或焊球）、内部芯片粘结、封装结构或基板材料中的潜在缺陷。
二、测试条件与参数详解
JESD22-B103B标准严格定义了测试的执行步骤，主要参数包括：
1.频率选择：这是测试的关键。首先需要通过之前的扫频振动测试，确定被测器件在测试轴向上的共振频率点。测试将在这个主要的共振频率上进行。如果没有明确的共振点，则默认使用100Hz这个代表性频率。
2.振幅（加速度）：测试规定了固定的振动幅度。在频率低于或等于100Hz时，使用1.52毫米的峰值位移振幅。当频率高于100Hz时，则使用20个重力加速度（20G）的峰值加速度。这个量级的振动强度远高于一般车辆的正常行驶环境，属于加速寿命测试，旨在短时间内激发故障。
3.持续时间：测试需要在三个相互垂直的轴向上依次进行，每个轴向的振动持续时间长达32小时。这意味着一个完整的测试周期总计需要96小时。如此长的测试时间，是为了充分累积振动应力，评估其抗疲劳性能。
4.安装方式：被测器件多元化按照其实际使用方式，焊接在一块专用的测试电路板上。这块测试板再被牢固地安装在振动台面上。这种安装方式确保了振动能量能有效地传递到器件本体，模拟真实的使用状态。
三、测试执行与常见失效模式
测试过程中，器件通常处于通电状态，并持续监测其电气性能（如信号是否中断、参数是否漂移）。测试结束后，还需要进行外观检查和详细的电气测试。
在JESD22-B103B测试中，车载执行器可能暴露出的典型失效模式包括：
1.焊点开裂：这是最常见的失效形式。持续的共振振动会导致引线或焊球与焊盘之间的焊接点产生疲劳裂纹，最终导致电气连接开路或时通时断。
2.内部连接失效：振动应力可能传递至器件内部，导致芯片与引线框架之间的键合线断裂，或芯片粘结材料脱层。
3.封装体损坏：塑封材料可能出现裂纹，或封装盖板与基体分离，导致密封性失效，湿气得以侵入。
4.机械结构松动：对于包含微小电机、齿轮或活动部件的执行器（如风扇、风门控制器），振动可能导致内部机械结构松动、磨损或卡死。
四、对车载执行器设计与制造的意义
通过JESD22-B103B测试，不仅仅是获得一份合格报告，它对产品的全生命周期都有深远影响：
1.设计验证：它迫使设计工程师在早期就考虑产品的机械设计。例如，优化电路板布局以减少应力集中，选择更具韧性的焊膏材料，或在结构上增加支撑以避免共振。
2.工艺控制：测试结果直接反映了焊接工艺（回流焊曲线、焊膏印刷）的质量。一致且可靠的焊接工艺是通过振动测试的基础。
3.质量与可靠性标杆：它成为了供应链中一个公认的可靠性门槛。汽车制造商通常要求其电子零部件供应商提供依据此类标准进行的测试报告，作为准入条件。
4.失效分析起点：如果测试失败，它为深入的失效分析提供了明确的线索和方向，帮助快速定位问题根源。
五、相关疑问解答
问：通过了这项测试，是否意味着车载执行器就能应对所有车载振动？
答：不是的。JESD22-B103B定频测试只是车载振动可靠性测试体系中的一环。车辆实际环境中的振动是宽频带、随机性的。完整的振动评估通常还包括随机振动测试（如JESD22-B103A）、机械冲击测试、温度-振动综合测试等。定频测试更像是一个针对共振点的“压力测试”或“弱点探测”，与其他测试互为补充。
问：为什么测试时间要设定为每个轴向32小时这么长？
答：这是一个基于工程经验的加速测试时间。其目标是让可能在产品整个设计寿命内（比如15年或20万公里）由于共振疲劳而出现的失效，在几天内的测试中提前暴露出来。时间的设定平衡了测试的严酷性和实际可行性。
问：所有车载电子件都多元化做这个测试吗？
答：并非强制，但它已成为行业惯例，尤其是对于安全相关或安装在高振动区域（如发动机、变速箱、底盘附近）的执行器和控制单元。其适用性取决于零件的功能、安装位置和整车厂的具体技术要求。
JESD22-B103B定频振动测试是保障车载执行器可靠性的重要工具之一。它像一位严格的“考官”，专门考察零部件在特定振动频率下的耐久力。通过这项考验，意味着车载执行器在应对车辆长期运行中可能出现的共振风险时，多了一份坚实的保障，为整车的耐用性和安全性奠定了微观层面的基础。在汽车电子日益复杂和集成的今天，这类基础性的可靠性测试标准，其价值愈发凸显。
全部评论 （0）