汽車遙控鑰匙ESD耐壓能力優(yōu)化分析

李 錦，劉 靜，熊東箭，劉士遠(yuǎn)，朱文潔

（上汽通用汽車有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430208）

隨著電子技術(shù)和器件工藝的迅猛發(fā)展，電子產(chǎn)品的小型化、集成化、高速化快速發(fā)展，電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)部件越來(lái)越復(fù)雜，電路集成度越來(lái)越高，PCB板是電子產(chǎn)品中電路元件工作的平臺(tái)，它提供電路元件和器件之間的電氣連接，它的性能直接關(guān)系到電子產(chǎn)品品質(zhì)的好壞。然而PCB板在使用時(shí)容易受到ESD破壞，造成電子產(chǎn)品和設(shè)備的系統(tǒng)紊亂甚至部件損壞，直接影響電子產(chǎn)品的使用壽命。因此，解決汽車遙控鑰匙ESD耐壓能力差的問(wèn)題，對(duì)于汽車遙控鑰匙在實(shí)際中的使用十分重要。本文通過(guò)試驗(yàn)研究了遙控鑰匙ESD失效形式以及有效的解決方案，從而對(duì)后續(xù)汽車遙控鑰匙的防靜電設(shè)計(jì)起到關(guān)鍵的指導(dǎo)作用。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

為了研究不同優(yōu)化方法對(duì)于汽車鑰匙ESD耐壓能力優(yōu)化效果，分別設(shè)置PCB包硅膠、鑰匙外殼涂膠水、PCB加三防漆和PCB加TVS管4種優(yōu)化方案的試驗(yàn)，每組分別選取6個(gè)樣品進(jìn)行ESD試驗(yàn)。其中1～3和10～12號(hào)6個(gè)為PCB包硅膠的樣件，13～15和22～24號(hào)6個(gè)為鑰匙外殼涂膠水的樣件，25～27和34～36號(hào)6個(gè)為PCB加三防漆的樣件，37～39和46～48號(hào)6個(gè)為PCBA加TVS管的樣件。具體試驗(yàn)樣品以及所對(duì)應(yīng)的編號(hào)如圖1所示。

圖1 具體試驗(yàn)樣品以及所對(duì)應(yīng)的編號(hào)

1） 方案1： 首先根據(jù)PCB板制作匹配的硅膠套，然后將PCB板放入硅膠套中，最后將硅膠套和PCB一起安裝在鑰匙殼里面，檢查外殼是否安裝到位，是否存在明顯的突變間隙。具體結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

圖2 方案1具體結(jié)構(gòu)示意

2）方案2：首先在鑰匙下外殼上制作一圈溝槽，接下來(lái)將PCB安裝在下外殼之后，在溝槽里面灌滿液體膠（樂(lè)泰480），最后將鑰匙上外殼蓋住，安裝檢查外殼是否安裝到位，是否存在明顯的突變間隙。具體結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。

圖3 方案2具體結(jié)構(gòu)示意

3）方案3：在PCB板噴上三防漆，然后將PCB板裝在鑰匙外殼里面。噴三防漆前需要去除PCB板上的灰塵以及油污，以免影響噴涂的品質(zhì)。

4）方案4：在PCB上增加TVS管，TVS管與PCB板電路是并聯(lián)的，確保較高的電壓損壞PCB板。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備（圖4）

圖4 試驗(yàn)設(shè)備

1）ESD試驗(yàn)臺(tái)上面為金屬材料，試驗(yàn)臺(tái)與地面接觸。

2）絕緣墊的作用是防止被測(cè)鑰匙與金屬桌面以及地面產(chǎn)生電流回路，排除試驗(yàn)臺(tái)對(duì)鑰匙的影響因素。

3）電槍的作用是可以按照設(shè)定的電壓值在空氣放電，從而確定遙控鑰匙耐靜電能力。

4）萬(wàn)用表測(cè)量鑰匙的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)電流/電壓值。

5）頻譜儀作用是檢查遙控鑰匙發(fā)射頻率，確定遙控鑰匙功能是否正常。

6）鑰匙總共24個(gè)。

1.3 試驗(yàn)方法（圖5）

圖5 試驗(yàn)方法

1）新老狀態(tài)鑰匙各3把，按照空氣放電方式進(jìn)行試驗(yàn)。

2）鑰匙放在絕緣墊上，每把鑰匙上打13個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)工4～25kV各打30次。

3）檢測(cè)PCBA射頻信號(hào)及功能。

2 結(jié)果分析討論

圖6 為方案數(shù)據(jù)對(duì)比。方案1中1、2、3和10號(hào)樣件靜態(tài)電流均為0，對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)電流4.6mA、4.7mA、4.48mA和4.6mA，然而11和12號(hào)試驗(yàn)件靜態(tài)電流為0.5mA和12.6mA，此時(shí)對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)電流為5.4mA和18.3mA，通過(guò)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)樣件11號(hào)和12號(hào)在遙控鑰匙不工作時(shí)，仍有電量的消耗，而在其工作時(shí)電流進(jìn)一步增大，導(dǎo)致鑰匙整體耗電量大幅提高，因此極大地減少了遙控鑰匙的壽命。

圖6 方案數(shù)據(jù)對(duì)比

方案2中13、22、23和24號(hào)樣件靜態(tài)電流均為0，對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)電流4.38mA、4.6mA、4.53mA和4.47mA，然而14和15號(hào)試驗(yàn)件靜態(tài)電流為11.7mA和9.2mA，此時(shí)對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)電流為15.3mA和13.9mA，通過(guò)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)樣件14號(hào)和15號(hào)在遙控鑰匙不工作時(shí)，仍有較大的電流，而在其工作時(shí)電流進(jìn)一步增大，導(dǎo)致鑰匙整體耗電量大幅提高，因此這兩個(gè)遙控鑰匙直接功能失效。

通過(guò)進(jìn)一步對(duì)比方案1和方案2中失效的電池電壓，當(dāng)靜態(tài)電流較大時(shí)，遙控鑰匙單位時(shí)間內(nèi)耗電量劇增，從而導(dǎo)致鑰匙電池電量在短時(shí)間內(nèi)耗完，而在靜態(tài)電流較小時(shí)，遙控鑰匙耗電量只是增大，但是遙控鑰匙仍能正常工作。

方案3和方案4靜態(tài)電流均為0，功能正常。

進(jìn)一步分析方案1和方案2失效的原理：兩種方案均無(wú)法使鑰匙絕對(duì)密封，因而在使用汽車鑰匙過(guò)程中靜電通過(guò)縫隙導(dǎo)致汽車遙控鑰匙失效。如圖7所示。

圖7 鑰匙無(wú)法絕對(duì)密封

3 結(jié)論

1）失效形式：靜態(tài)電流和動(dòng)態(tài)電流均明顯增大，電池電量快速耗完，導(dǎo)致無(wú)遙控功能。

2）PCBA加三防漆或者TVS管兩種方案均可以有效可靠地改善鑰匙ESD耐壓能力差的問(wèn)題。