汽车鼓风机连接器烧蚀问题分析

李 强，舒世燕，杜晓蕊，孙冠勇

（河南天海电器有限公司，河南 鹤壁 458030）

1 引言

汽车鼓风机作为汽车空调系统的重要组成部分，是汽车舒适性的一个重要保障，而作为汽车电气系统关键零部件的汽车连接器，其分布在汽车上任何一个需要电连接的地方，是汽车电性能稳定的重要保障。对于汽车鼓风机而言，其也需要连接器来连接相关线束，从而实现电连接功能。

2 问题描述

河南天海电器有限公司作为国内最大汽车连接器研发与生产基地，近期接到客户反馈某款已批量供货多年的鼓风机连接器出现几起连接器烧蚀的现象，通过对故障件进行拆解，发现烧蚀现象全部集中在两处，分别为连接器插座端子与插针接触处、插针端子与线路板焊接处，如图1所示。

对于这种问题，我们一并分析了整条电路上其他部件的使用情况，发现回路中3平方导线与40A熔断片都正常，并没有熔断片熔断与导线发烟的现象发生。

同时我们了解到目前这款连接器的4条回路中，中间两个孔位是实现信号连接、两边的孔位为电源连接，目前故障全部发生在与电源线相关的Pin角接触处。

图1 故障件图片

3 问题原因分析

3.1 准确定位问题原因

从问题描述中我们发现，目前同回路中导线与对应熔断片都没有故障，而连接器出现烧蚀。这种现象我们判断是温升超过了连接器的正常使用温度导致，故先对连接器温升超过使用温度的情况进行实验模拟，实验数据如图2所示。

图2 端子温升实验及数据

由实验得出：在室温23℃时，对回路通49A电流，55s后连接器端子上温度达到140℃ （若在80℃环境温度下，通33A电流时，55s后端子温度达到140℃）。目前该款连接器使用的材料为PA66，额定工作温度为125℃，同时该产品使用镀锡端子，其使用温度为130℃。

然后通过对Littelfuse 40A熔断片进行性能参数查询，发现对于40A熔断片其过载135% （54A），熔断时间在1～30min之间，如图3所示；另外对3平方的AVS导线在50A的发烟时间进行标准查询，发现导线发烟时间大于1000s，如图4所示。

图3 Littelfuse熔断参数

图4 导线发烟数据

3.2 连接器标准对连接器使用环境的定义

通过以上数据，我们发现当室温环境下，回路出现49A电流时 （或者在80℃的环境温度下，回路中出现33A电流时），保持通电不超过1min的时间，这时候导线不会出现发烟，同时熔断片也不会出现熔断，但是对于回路中的连接器接触处的温度 （温升加上环境温度）会超过连接器正常使用温度，从而导致连接器塑性变形、端子弹性接触点因为材料的应力松弛而接触电阻增加，这些变化又会反过来增加端子的温升，形成恶性循环等。

所以这种偶发性烧蚀问题，可以判断是因为电路中频繁出现堵转电流，并引起回路中温升超过连接器使用温度而导致的连接器烧蚀。

3.3 连接器回路中最高发热点定位

通过对故障件分析发现连接器烧蚀主要集中在连接器插针端子与插座端子接触处、插针端子与线路板焊接处，为此我们建立验证实验台如图5所示，并分别对2处发热点搭载热电偶，对其温升进行实时监控，如图6所示。

图5 温升发热点验证实验台

图6 A、B监测点

通过采集相应的电流与温升数据，得出相应温升对比曲线，如图7所示。我们发现相同电流和通电时间的条件下，插座端子与插针相连的部位A的温升比线路板上插针的焊接位置B温升低，且随着电流增大，此温升差距也逐渐增大，通过实验判断此回路的最大发热点来源于线路板与插针焊接处。

图7 温升对比数据

3.4 连接器回路中最高发热点原因分析

对于这种线路板焊接的插针若发热主要是因为焊接不良引起，为此我们对故障件进行可焊性投影检测分析，如图8所示。

图8 故障件线路板样品

通过对投影结果进行分析，我们看到故障件存在非常明显的虚焊现象，如图9中红圈标记处，特别是出现严重烧蚀的pin角，虚焊现象非常严重，为此我们又对一个新焊接线路板 （图10）进行可焊性投影检测。

图9 投影分析图

图10 新焊接线路板样品

通过投影检测，新焊接的线路板也存在很明显的虚焊现象 （图11红圈标记处），虽然这种虚焊情况相比于故障件的虚焊情况要好很多，但是这种虚焊在线路板焊接中都是不可接受的。

图11 投影分析图

通过进一步与线路板厂家进行沟通，了解到目前线路板的插针焊接都是通过工人手工焊接来实现批量生产的。手工焊装使用的电烙铁头部温度在350℃左右，焊装时烙铁头在非常短的时间内把引脚、焊盘表面和焊锡丝加热到焊锡丝熔化的温度，若焊装时间不够长，熔化的锡液只是附着在焊盘的表面，并没有完全流入焊盘内孔，若焊装时间过长，极易损伤焊盘影响回路性能。所以焊装时间的长短直接影响焊装的产品性能，一般情况下我们不允许使用手工焊装器件 （非功能性手工样件除外），必须使用波峰焊、回流焊工艺，才能满足产品性能要求。

通过以上的分析，我们得出这次品质故障，主要是因为线路板虚焊，在通过大电流的时候引起发热并烧蚀线路板与插针接触部，同时又通过热传导烧蚀相应的连接器与端子，从而引起连接器功能失效。

4 优化措施

因为鼓风机是感性负载，乘用车鼓风机最大堵转电流超过37A，所以建议通过以下方式来优化回路载流能力，降低温升。

1）回路中使用导线由3mm2调整到4mm2，这样可以增加回路散热与载流能力，相关过载验证实验数据如图12所示。

图12 端子3、4平方导线过载实验对比图

通过实验，发现使用4mm2的导线的回路在过载情况下连接器端子接触处的温升要远远小于同实验条件下使用3mm2导线的温升数据。

2）用电器端输出功率的规范与控制，并且防止插针端子在焊接过程中出现虚焊现象，不能使用人工焊接的方式批量生产。

5 总结

针对汽车鼓风机连接器烧蚀案例的分析，我们整理出如下解决此类问题的思路与方法。

1）首先，对于整个电气回路找到整个回路的耐温最薄弱环节，如在本案例中通过对比导线、熔断片、连接器耐温等级，分析找到耐温最薄弱环节为连接器连接处。

2）其次，定位电气回路中最热发热点，只有找到了最热的发热点，才可以有的放矢地去解决相关问题；如在此回路中找到了线路板与插针焊接处为最热发热点，并以此找到问题的解决思路与办法。

3）最后，对于汽车鼓风机电气回路，推荐选用4mm2导线便于增加回路中载流能力与散热能力，同时在插针与线路板焊接处不能通过手工焊接来实现相应功能。