汽車遙控鑰匙ESD耐壓能力優化分析

李 錦，劉 靜，熊東箭，劉士遠，朱文潔

（上汽通用汽車有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430208）

隨著電子技術和器件工藝的迅猛發展，電子產品的小型化、集成化、高速化快速發展，電子產品的結構部件越來越復雜，電路集成度越來越高，PCB板是電子產品中電路元件工作的平臺，它提供電路元件和器件之間的電氣連接，它的性能直接關系到電子產品品質的好壞。然而PCB板在使用時容易受到ESD破壞，造成電子產品和設備的系統紊亂甚至部件損壞，直接影響電子產品的使用壽命。因此，解決汽車遙控鑰匙ESD耐壓能力差的問題，對于汽車遙控鑰匙在實際中的使用十分重要。本文通過試驗研究了遙控鑰匙ESD失效形式以及有效的解決方案，從而對后續汽車遙控鑰匙的防靜電設計起到關鍵的指導作用。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

為了研究不同優化方法對于汽車鑰匙ESD耐壓能力優化效果，分別設置PCB包硅膠、鑰匙外殼涂膠水、PCB加三防漆和PCB加TVS管4種優化方案的試驗，每組分別選取6個樣品進行ESD試驗。其中1～3和10～12號6個為PCB包硅膠的樣件，13～15和22～24號6個為鑰匙外殼涂膠水的樣件，25～27和34～36號6個為PCB加三防漆的樣件，37～39和46～48號6個為PCBA加TVS管的樣件。具體試驗樣品以及所對應的編號如圖1所示。

圖1 具體試驗樣品以及所對應的編號

1） 方案1： 首先根據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。具體結構示意如圖2所示。

圖2 方案1具體結構示意

2）方案2：首先在鑰匙下外殼上制作一圈溝槽，接下來將PCB安裝在下外殼之后，在溝槽里面灌滿液體膠（樂泰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。具體結構示意如圖3所示。

圖3 方案2具體結構示意

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。

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

1.2 試驗設備（圖4）

圖4 試驗設備

1）ESD試驗臺上面為金屬材料，試驗臺與地面接觸。

2）絕緣墊的作用是防止被測鑰匙與金屬桌面以及地面產生電流回路，排除試驗臺對鑰匙的影響因素。

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

4）萬用表測量鑰匙的靜態和動態電流/電壓值。

5）頻譜儀作用是檢查遙控鑰匙發射頻率，確定遙控鑰匙功能是否正常。

6）鑰匙總共24個。

1.3 試驗方法（圖5）

圖5 試驗方法

1）新老狀態鑰匙各3把，按照空氣放電方式進行試驗。

2）鑰匙放在絕緣墊上，每把鑰匙上打13個點，每個點工4～25kV各打30次。

3）檢測PCBA射頻信號及功能。

2 結果分析討論

圖6 為方案數據對比。方案1中1、2、3和10號樣件靜態電流均為0，對應的動態電流4.6mA、4.7mA、4.48mA和4.6mA，然而11和12號試驗件靜態電流為0.5mA和12.6mA，此時對應的動態電流為5.4mA和18.3mA，通過數據發現樣件11號和12號在遙控鑰匙不工作時，仍有電量的消耗，而在其工作時電流進一步增大，導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 方案數據對比

方案2中13、22、23和24號樣件靜態電流均為0，對應的動態電流4.38mA、4.6mA、4.53mA和4.47mA，然而14和15號試驗件靜態電流為11.7mA和9.2mA，此時對應的動態電流為15.3mA和13.9mA，通過數據發現樣件14號和15號在遙控鑰匙不工作時，仍有較大的電流，而在其工作時電流進一步增大，導致鑰匙整體耗電量大幅提高，因此這兩個遙控鑰匙直接功能失效。

通過進一步對比方案1和方案2中失效的電池電壓，當靜態電流較大時，遙控鑰匙單位時間內耗電量劇增，從而導致鑰匙電池電量在短時間內耗完，而在靜態電流較小時，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靜態電流均為0，功能正常。

進一步分析方案1和方案2失效的原理：兩種方案均無法使鑰匙絕對密封，因而在使用汽車鑰匙過程中靜電通過縫隙導致汽車遙控鑰匙失效。如圖7所示。

圖7 鑰匙無法絕對密封

3 結論

1）失效形式：靜態電流和動態電流均明顯增大，電池電量快速耗完，導致無遙控功能。

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耐壓能力差的問題。