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汽车之家|汽车电子中使用的敷形涂料

引言：前几年 ， 汽车新四化这个提法深入人心 ， 智能化(ADASAutonomous)、网联化(Connected)、电动化(Electrification)、共享化(Sharedservices)为代表的“新四化”时代 ， 从目前来看主要的分支就是一方面电动化 ， 一方面在整个电子电气架构演变中逐渐围绕软件开发为主 。 围绕着域控制器甚至是车载电脑的开发 ， 汽车里面开始引入高算力、高频的应用 ， 随之而来的问题是 ， 如何在这种环境下对汽车电子的高算力部件进行有效的防护 。
01汽车电子的防护
目前大部分车企 ， 都是计划从原有的分布式兼容的EE架构 ， 往跨领域的集中式EE架构 ， 演化成由全车功能分配出发 ， 基于车载计算平台（边缘计算和云计算结合）的车辆一体化的EE架构 。 以大众为例 ， 计划从传统的一辆MQB的车辆架构有近70个ECU ， 数量削减到3-5个核心的高性能车载计算平台（HPC） 。 通过对这几个核心的HPC掌控 ， 大众会把自己车辆的软件功能从传统的外包模式转向内部开发 ， 把原有的依赖于200个供应商不断把软件转化成围绕自己VW.OS的操作系统 ， 把所有的汽车平台的差异迈向由软件定义 。
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图1各个不同类型的车企对于EE架构的演化
从这些核心的控制器来说 ， 它变得有以下的特点：采用高性能车用多核微处理器芯片(MPU ， 可扩展至9核) ， 计算性能高至10~28kDMIPS由于控制器的功能变得更复杂 ， 这类域控制器的设计防护要求都要达到防尘防水IP6K9 ， 工作温度-40~85度 ， 振动等级要求在2.8g 。
由于这一轮汽车高算力芯片的导入属于时间紧 ， 要求高 ， 包含了各种关键的内容 ， 对于后续核心电子系统的失效和防护提出了很大的挑战 。 汽车里面 ， 从整车架构、子系统、部件等层次 ， 做失效模式影响分析的时候 ， 一级牵涉一级 ， 每个结果都有失效模式 。 汽车中零部件在应用中的失效机理主要分两大类：
1）过应力（OverStress）单一的应力导致部件过线这里还是分两种 ， 一种是非材料损伤的问题 ， 如电气、机械和热 。 典型的例子为供电不足或者是达不到启动条件 。 第二种是材料损伤 ， 有以下的种类断裂、弯曲、弯曲和硬度、过压、静电、电离击穿、热击穿 ， 这些瞬间的应力 ， 就直接对部件产生了损坏 。 这里最重要的一个概念是 ， 所有的电阻和电容 ， 其实都是由材料工艺做成的 ， 比如板级的弯曲应力 ， 作用在元器件上 ， 焊点和内部的构造 ， 就会产生一定的损伤 。
2）累积损伤（CumulativeDamage）：持续的使用达到了部件的耐久限制 ， 导致失效 。 这里才是长期可靠性的设计问题所在 ， 器件本身是暴露环境中的 ， 持续长久的使用导致了元件材料的退化和损伤 ， 积累到一定程度就出现失效 。 包含磨损、腐蚀、疲劳、金属迁移、蠕变、老化、互扩散、解聚和脆化 。
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图2汽车零部件的失效机理
在考虑核心域控制器的环境适应性的目标的时候 ， 往往目前会给这些核心部件最好的舱内的位置 ， 这样可以给予相对最宽松的工作温度情况、事宜机械振动频率和振动强度、环境气候、耐腐蚀性、EMC性能及外壳防护要求等 。 但是基本环境要求是跑不掉的 ， 在传统的汽车电子设计中往往采用三防漆可以用于环境防护 。 在众多精细和要求苛刻的电子产品应用中 ， 特别对汽车上敏感电路和元器件的长期、可靠的保护变得越来越重要 。 为此 ， 从费用和性能的角度 ， 可以分为不密封的ECU、密封的ECU ， 再通过涂有三防漆甚至是把核心部件整体封起来以达到更高的环境适应性 。
汽车其实工作的范围很广 ， 潮湿对于汽车电子的失效作用特别明显 ， 比如导体间的绝缘抵抗性、加速高速分解、降低Q值、及腐蚀导体 。 对应于PCB上的的现象 ， 典型的主要包括铜绿金属部分起了铜绿就是没有涂覆三防漆金属铜与水蒸气、氧气共同其化学反应引起的；还有离子迁移和枝晶增长 ， 枝晶生长是电解过程 ， 其中来自阳极区域的金属迁移到阴极区域 。 这种现象随着电路板表面上存在水分和离子污染而加速 ， 两个电压迹线具有不同的电压电位 。


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