微动开关被广泛地应用在汽车电子智能、安全、控制等领域。其开关接触可靠性是影响其逻辑通断正确性的重要元器件之一。文章结合座椅靠背微动开关的物理特性，通过伏安法列举在气候负荷可靠性试验中对微动开关功能的监控，以及对微动开关在盐雾试验中的功能性失效进行对比分析。向零部件供应商提供初步的失效原因分析，并从材料选型、结构设计两个方面对某车型运用的座椅靠背微动开关提出质量改善建议。
引言
车用微动开关的关键特性是检测的多样性、精确性、可靠性，与子系统的配合和集成。广泛地应用在车身、座舱内饰、舒适系统和安全系统中。车用微动开关可以用来调节座椅的个性化设置和热舒适度。例如，通过使用高电流和低电流微动开关来控制执行器，乘客可以获得更好的乘坐舒适度。通过安全微动开关来检测后排和前排座椅的位置，从而调整安全气囊的体积，更好地确保乘客的安全。本文借助某车型应用的座椅靠背微动开关进行可靠性试验探讨，并对试验失效现象展开分析。
座椅靠背微动开关结构原理
车用微动开关一般由传动器部分、节点部分、外壳部分、速动机构部分、端子部分，以上五大部分组成。某车型用的座椅靠背微动开关也是基于以上五大部分开发的，如图1所示。某车型用的座椅靠背微动开关是将来自外部的力传递给内部机构，切实打开或关闭电气电路，通过使用高电流和低电流微动开关来控制执行器，以使乘客可以获得更好的乘坐舒适度。
图1 座椅靠背微动开关结构原理图
座椅靠背微动开关可靠性试验及功能监控
座椅靠背微动开关属于汽车电子电气零部件，其典型设计寿命目标是应达到95%的用户使用需求的10年或15年周期。因此，按照某车企的电子电气零部件通用测试规范建议，也要按照乘用车在不同安装位置上12V系统的电子电气部件寿命试验方法进行验证其可靠性。其中一个分组的可靠性试验项目和顺序分别如下：三温度三电压检测、高低温存储、三温度三电压检测、盐雾试验、三温度三电压检测。
1.座椅靠背微动开关可靠性试验
本文探讨的座椅靠背微动开关按照三温度三电压检测、高低温存储、三温度三电压检测、盐雾试验、三温度三电压检测的先后顺序进行试验，目的是为了更全面、更高效地对其可靠性进行摸底和评估。
（1）三温度三电压检测，目的是考核座椅靠背微动开关在最高存贮/工作温度、最低存贮/工作温度条件下，对应的最大、最小和正常工作电压的性能。
（2）高低温存储，目的是考核座椅靠背微动开关在最高存贮温度、最低存贮温度条件下的稳定性。
（2）盐雾试验，模拟座椅靠背微动开关在含盐空气和含盐水下的环境负荷，比如地球上的某些地区可能产生的情况，目的是为了保证座椅靠背微动开关的抗盐分负荷（比如由于短路和电流泄漏而使盐分渗入部件）缺陷的稳定性。
2.座椅靠背微动开关功能监控
在气候环境试验负荷下，也需要同时对开关的功能进行监控。座椅靠背微动开关，通过开关阻值的变化信号来表征靠背上锁/解锁状态和座椅角度。开关在额定工作电压8VDC下工作，当开关处于解锁状态时，内部电阻是909Ω，当开关处于上锁状态时，内部电阻是100Ω。样品的内部简图如图2所示。因此，在试验中对样品功能的监控本质上就是对电阻变化值的监控。但是，在环境试验箱、盐雾试验箱内，我们很难通过操作孔去人为不断地检查样品的内部电阻变化情况。所以，可以考虑采用伏安法对其进行监控。如图3、图4所示，在开关回路中串联介入一个1Ω的电阻，试验中监控该1Ω的电阻两端电压。在理论情况下，监控的电压数值即为回路电流数值，再根据欧姆定律可以将电流数值结合工作电压转换为电阻。最终将监控所得到的电阻值，判断座椅靠背微动开关的内部电阻功能是否正常。
图2 座椅靠背微动开关结构原理图
图3 电阻监控示意简图
图4 电阻监控示意图
座椅靠背微动开关的失效探讨
1.盐雾试验失效现象
在分组试验有序地进行下，座椅靠背微动开关在盐雾试验过程中，6个共同试验的样品，其中有2个样品的电阻阻值出现了偶发性异常。如表1所示，根据座椅靠背微动开关的参数，结合试验数据（如图5所示）发现编号为1#样品在解锁状态下的电阻为953.90Ω，编号为5#样品在上锁状态下的电阻为65.54Ω，都低于设计下限电阻值。
表1 座椅靠背微动开关的参数 
图5 监控电压图
侧面解剖样品，如图6所示，可发现开关的按钮下方的金属部件出现腐蚀并伴有盐份的现象，初步判断是有盐水深入进去开关内部。但是开关的外壳防护等级是IP67，理论上不可能有会流体进入到内腔。
图6 开关剖面图
2.失效现象分析
根据开关的按钮下方的金属部件出现腐蚀并伴有盐份的现象，结合样品的设计、工艺、结构，我们进一步查找失效的原因。将失效的开关放在显微镜下，发现按压触电的硅胶帽呈现有破裂折痕、电线和密封胶之间出现裂痕、负极与电路板上的引脚之间出现短路现象（电线受到挤压导致在低压注塑的过程中出现翘曲并与电路板上的多余引脚出现摩擦），如图7所示。取出其他分组的开关进行对比，一组是只进行过三温度三电压检测的样品，另一组是进行过三温度三电压检测和高低温存储的样品。通过对比发现，只进行过三温度三电压检测的样品，虽然功能正常，但是电线和密封胶之间出现轻微裂痕；进行过三温度三电压检测和高低温存储的样品，电线和密封胶之间出现明显裂痕且密封胶出现破裂。此外，开关是低压注塑工艺包裹其电路板，包裹的材料为二甲基硅橡胶橡胶，从而达到密封的功能。但是二甲基硅橡胶橡胶的缺点是强度低，在低温条件下抗撕裂性能差，耐磨性能也差。综上所述，结合开关内部的金属件出现腐蚀现象，可推理得出盐雾试验失效的原因是前面的三温度三电压检测和高低温存储试验导致橡胶老化开裂。所以在盐雾实验中，水分沿着黑色电线往开关内部流动。由于电线表皮有损伤，且离外部近，水分的进入，导致腐蚀和短路现象的出现。
图7 开关剖面图
结语与建议
本文结合座椅靠背微动开关的基本构造原理、试验过程中的功能监控方法和试验的异常现象，通过拆解样品在显微镜下对其部件进行微观现象分析。从而初步得出座椅靠背微动开关在分组试验进行过程中出现异常现象的初步结论，开关的橡胶老化开裂导致水分沿着黑色电线往开关内部，加上电线表皮的损伤导致腐蚀和短路。因此，针对文中提及的座椅靠背微动开关，可以考虑从以下两个方面改善从而提高其可靠性。第一，更换低压注塑工艺包裹的材料，用氢化丁腈橡胶代替二甲基硅橡胶橡胶。第二，优化内部电路板的元器件布局，并且在元器件焊接完后按照产线标准把多余的引脚切除，以使电线不受焊脚的挤压而破损。
引用本文：
胡凯，于国林，张旺威，张仕彬.座椅靠背微动开关可靠性试验及失效探讨[J].环境技术,2023,41(09):76-79+84.
来源：Internet
关键词：
座椅靠背
微动开关
可靠性试验
