原创 故障诊断第002篇 MLCC电容裂纹 BYD召回公告读后感
[初次发表 24-10-07 最后编辑：24-10-08]
BYD汽车在国庆节前发布召回公告。有一前同事23年刚从日系换成BYD电车，发消息问我怎么看，我很难评，只觉得哪个车主赶上这种情况都烦。 公告节选如下。
根据公告，影响范围是部分车，22~23年产的部分元Plus和23年产的部分海豚两款。导致召回的部件是CEPS控制器。现象（失效模式）是电容器微裂纹；失效机理是某个工装太紧，上下盖夹持控制器时，工装跟电路板电容器机械干涉，硬碰硬，导致电容器受损；根本原因是制造工艺原因；改善措施是加一个绝缘垫片。
对这个公告我有两个疑虑。
首先，根本原因可能不“根本”。真正原因是啥呢？我推测是BYD自主搞的零件出问题，之前外采的没事。自主零件出这种问题的原因，有两个可能：一是PCB封装库的高度尺寸不准确，标了典型值而不是最大值，公差出问题了；二是这个件单价较高，BOM里面有第二供应商，不同供应商的产品在高度尺寸上公差不一样。
其次，这个改善措施无效，舍本逐末。有效的措施是更换CEPS控制器里面的电路板。
下面是详细分析，尽量写得容易理解：
-- EPS是什么？Electric Power Steering，译为电动助力转向。EPS属于车辆底盘系统，检测方向盘旋转，然后控制一个电动机跟随方向盘动作，降低扭矩、让驾驶员开车更省力。
-- CEPS是什么？公告中提到管柱，我假设它就是通常意义的 Column EPS（管柱式EPS），跟液压式EPS相比，这是一种让电机输出轴通过齿轮齿条直接耦合到转向管柱的方案，系统更简洁，不需要液压系统。当然，CEPS的准确含义以BYD为准，说不定是Combo/Cool EPS之类的呢。
-- CEPS控制器是什么？就是电机驱动器加上方向盘扭矩传感器。CEPS控制器的安全等级我认为ASIL-D，是ISO 26262定义的最高级。下图是一种Column EPS的结构示意图，红圈里面就是控制器啦。
（图来自网络，侵删）
-- 以前好好的，怎么突然出问题？这种情况先找变化点——比如导入了新零件，再比如质量要求提高了。这次我推测是导入了新零件。我在二手APP上搜了搜元Plus EPS，从产品标签看，至少有TRW（天合）跟Nidec（尼德科）两个牌子。这不意外，两家是底盘领域老牌供应商，EPS领域主打一个保守，所以国外产品先出场一点儿不意外。我还搜到一些打BYD商标的图片（下图），推测BYD开始搞自主了。从公告看，22年涉及1个车型约9k辆，23年涉及2个型号约90k辆。那么会不会是22年用新品试着投放市场，23年扩大占比？不管怎么说，这是变化点。
-- 什么样的电容器？可能是MLCC（多层片式瓷介电容器），大概率是X7R材质的大容量型号。考虑到使用环境和寿命要求，EPS控制器优先选用瓷介电容，也可能选择固态铝电解电容器，好处是单位面积电容量更高。
MLCC是一种叠层结构，类似威化饼干。电容的两个极板交替叠放，形成一个个并联的电容器。层数越多，极板之间间距越小，体积越大，则形成的静电容量就越高。
（图来自网络，侵删）
这块饼干如果受到不合适的机械应力，会发生脆断，形成微裂纹。下图是一种断裂形貌。
（图来自网络，侵删）
-- 带上盖的工装。我推测工装可能是用于把PCBA推入外壳并紧固的加持器，不太可能是测试针床，更不会是用来二次SMT的载具（软）。这类有上盖的PCBA工装，空间高度应该留多少，尺寸依据来自PCBA的3D图纸。如果是工装的供应商做错，那么工装出厂和制造厂进料就会发现，不会让工装上产线。所以，不能排除错在3D图纸。 -- 为什么量产阶段没发现？工装有错，但是量产FCT、QA都没报异常，说明这个错的程度小，对早期失效几乎没有影响，所以产线良率还在可接受限以内。当然，也不排除供应商息事宁人，为了合作和回款，忍受较高的不良率。车子上市2年多，保有量上来了，这个缺陷导致的问题就多了，就引起注意了。
-- 什么样的错有此特征？我推测一是PCB封装库的高度尺寸不准确，可能是标了典型值而不是最大值；二是这个件单价较高，BOM里面有第二供应商，不同供应商的产品在高度尺寸上公差不一样。这个问题极难被发现，库做好以后，Layout工程师不一定会复核，等到PCBA的3D图纸出来，与结构件、工装进行3D装配，都越来越不可能发现；
（图来自Ref 2）
（图来自Ref 3）
-- 绝缘垫片加在哪儿？CEPS结构有分体和一体两种。上图是分体式的，控制器带一个金属外壳。这时可以在外壳接缝处加一个垫片，增加内部高度。当然，绝缘垫片会破坏外壳的电场屏蔽完整性，EMC需要重新验证。上中下结构的一体式控制器，也是类似做法。
-- 加绝缘垫片能解决吗？当然不能。陶瓷材料裂了就是裂了，只能换新的。加垫片增加壳体内高，让电容器免受机械干涉。可是，电容器的裂纹在车子出厂前就有了啊，加高盒盖的目的是...? 我觉得说封堵都勉强。这也说明，3D图纸有问题的可能性很高，它不但误导了工装设计，也误导了控制器外壳设计。
-- 有裂纹的电容器会怎么样？MLCC的话，裂纹会发展，根据裂缝形态可以造成短路或开路。短路会出现材料高温熔化，开路则只会降低电容器的性能。固体电解电容会出现漏电流越来越大的情况，表现为电容损耗大，易爆裂，寿命缩短。不论哪种情况，在有保险丝的情况下，控制器都不容易起火。
（图来自网络，侵删）
对转向零件缺陷发起召回动作，不私了，是企业社会责任和良心，是义务。敢在国内车企轻易不召回的大环境里召回，敢在底盘系统配件上用自主，是勇气。不过，希望能暴露真问题，确实改善。
因信息量有限，本篇推测成份较大，不过推测的部分我尽量都注明了。推测而不再等后续，是因为这种情况恐怕永远也等不到后续。费了半天劲，我认为它表现了 PCB封装库的意义，表现了PCB设计文档完整性在复杂产品、并行开发中的价值，最重要的，做技术要讲逻辑。
谢谢阅读，我们共勉！
Ref
2. Surface-Mount Ceramic Multilayer Capacitors - General Purpose & High Capacitance - Class 2, X7R 6.3V to 250V, 100pF to 47uF. Yageo. 2022
3. Multilayer Ceramic Chip Capacitors - Automotive Grade, Soft Termination (Low Resistance Type). TDK. 2022
作者： 电子知识打边炉， 来源：面包板社区
链接： https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-4061550.html
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电子知识打边炉 2024-10-12 20:50
短路风险我觉得没有。因为还有保险丝呢。
luckyzy2000 2024-10-12 14:30