微動開關被廣泛地應用在汽車電子智能、安全、控制等領域。其開關接觸可靠性是影響其邏輯通斷正確性的重要元器件之一。文章結合座椅靠背微動開關的物理特性，通過伏安法列舉在氣候負荷可靠性試驗中對微動開關功能的監控，以及對微動開關在鹽霧試驗中的功能性失效進行對比分析。向零部件供應商提供初步的失效原因分析，并從材料選型、結構設計兩個方面對某車型運用的座椅靠背微動開關提出質量改善建議。
引言
車用微動開關的關鍵特性是檢測的多樣性、精確性、可靠性，與子系統的配合和集成。廣泛地應用在車身、座艙內飾、舒適系統和安全系統中。車用微動開關可以用來調節座椅的個性化設置和熱舒適度。例如，通過使用高電流和低電流微動開關來控制執行器，乘客可以獲得更好的乘坐舒適度。通過安全微動開關來檢測后排和前排座椅的位置，從而調整安全氣囊的體積，更好地確保乘客的安全。本文借助某車型應用的座椅靠背微動開關進行可靠性試驗探討，并對試驗失效現象展開分析。
座椅靠背微動開關結構原理
車用微動開關一般由傳動器部分、節點部分、外殼部分、速動機構部分、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也是基于以上五大部分開發的，如圖1所示。某車型用的座椅靠背微動開關是將來自外部的力傳遞給內部機構，切實打開或關閉電氣電路，通過使用高電流和低電流微動開關來控制執行器，以使乘客可以獲得更好的乘坐舒適度。
圖1 座椅靠背微動開關結構原理圖
座椅靠背微動開關可靠性試驗及功能監控
座椅靠背微動開關屬于汽車電子電氣零部件，其典型設計壽命目標是應達到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范建議，也要按照乘用車在不同安裝位置上12V系統的電子電氣部件壽命試驗方法進行驗證其可靠性。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.座椅靠背微動開關可靠性試驗
本文探討的座椅靠背微動開關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行試驗，目的是為了更全面、更高效地對其可靠性進行摸底和評估。
（1）三溫度三電壓檢測，目的是考核座椅靠背微動開關在最高存貯/工作溫度、最低存貯/工作溫度條件下，對應的最大、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在最高存貯溫度、最低存貯溫度條件下的穩定性。
（2）鹽霧試驗，模擬座椅靠背微動開關在含鹽空氣和含鹽水下的環境負荷，比如地球上的某些地區可能產生的情況，目的是為了保證座椅靠背微動開關的抗鹽分負荷（比如由于短路和電流泄漏而使鹽分滲入部件）缺陷的穩定性。
2.座椅靠背微動開關功能監控
在氣候環境試驗負荷下，也需要同時對開關的功能進行監控。座椅靠背微動開關，通過開關阻值的變化信號來表征靠背上鎖/解鎖狀態和座椅角度。開關在額定工作電壓8VDC下工作，當開關處于解鎖狀態時，內部電阻是909Ω，當開關處于上鎖狀態時，內部電阻是100Ω。樣品的內部簡圖如圖2所示。因此，在試驗中對樣品功能的監控本質上就是對電阻變化值的監控。但是，在環境試驗箱、鹽霧試驗箱內，我們很難通過操作孔去人為不斷地檢查樣品的內部電阻變化情況。所以，可以考慮采用伏安法對其進行監控。如圖3、圖4所示，在開關回路中串聯介入一個1Ω的電阻，試驗中監控該1Ω的電阻兩端電壓。在理論情況下，監控的電壓數值即為回路電流數值，再根據歐姆定律可以將電流數值結合工作電壓轉換為電阻。最終將監控所得到的電阻值，判斷座椅靠背微動開關的內部電阻功能是否正常。
圖2 座椅靠背微動開關結構原理圖
圖3 電阻監控示意簡圖
圖4 電阻監控示意圖
座椅靠背微動開關的失效探討
1.鹽霧試驗失效現象
在分組試驗有序地進行下，座椅靠背微動開關在鹽霧試驗過程中，6個共同試驗的樣品，其中有2個樣品的電阻阻值出現了偶發性異常。如表1所示，根據座椅靠背微動開關的參數，結合試驗數據（如圖5所示）發現編號為1#樣品在解鎖狀態下的電阻為953.90Ω，編號為5#樣品在上鎖狀態下的電阻為65.54Ω，都低于設計下限電阻值。
表1 座椅靠背微動開關的參數 
圖5 監控電壓圖
側面解剖樣品，如圖6所示，可發現開關的按鈕下方的金屬部件出現腐蝕并伴有鹽份的現象，初步判斷是有鹽水深入進去開關內部。但是開關的外殼防護等級是IP67，理論上不可能有會流體進入到內腔。
圖6 開關剖面圖
2.失效現象分析
根據開關的按鈕下方的金屬部件出現腐蝕并伴有鹽份的現象，結合樣品的設計、工藝、結構，我們進一步查找失效的原因。將失效的開關放在顯微鏡下，發現按壓觸電的硅膠帽呈現有破裂折痕、電線和密封膠之間出現裂痕、負極與電路板上的引腳之間出現短路現象（電線受到擠壓導致在低壓注塑的過程中出現翹曲并與電路板上的多余引腳出現摩擦），如圖7所示。取出其他分組的開關進行對比，一組是只進行過三溫度三電壓檢測的樣品，另一組是進行過三溫度三電壓檢測和高低溫存儲的樣品。通過對比發現，只進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輕微裂痕；進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明顯裂痕且密封膠出現破裂。此外，開關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，結合開關內部的金屬件出現腐蝕現象，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內部流動。由于電線表皮有損傷，且離外部近，水分的進入，導致腐蝕和短路現象的出現。
圖7 開關剖面圖
結語與建議
本文結合座椅靠背微動開關的基本構造原理、試驗過程中的功能監控方法和試驗的異常現象，通過拆解樣品在顯微鏡下對其部件進行微觀現象分析。從而初步得出座椅靠背微動開關在分組試驗進行過程中出現異常現象的初步結論，開關的橡膠老化開裂導致水分沿著黑色電線往開關內部，加上電線表皮的損傷導致腐蝕和短路。因此，針對文中提及的座椅靠背微動開關，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，優化內部電路板的元器件布局，并且在元器件焊接完后按照產線標準把多余的引腳切除，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.座椅靠背微動開關可靠性試驗及失效探討[J].環境技術,2023,41(09):76-79+84.
