Automotive elektronik printkort (PCB'er) spiller en afgørende rolle i funktionaliteten af nutidens avancerede køretøjer. Fra styring af motorsystemer og infotainmentskærme til styring af sikkerhedsfunktioner og autonome kørselsmuligheder kræver disse printkort omhyggelige design- og fremstillingsprocesser for at sikre optimal ydeevne og pålidelighed.I denne artikel vil vi dykke ned i den komplekse rejse med PCB'er til bilelektronik, hvor vi udforsker de vigtigste trin involveret fra den indledende designfase og hele vejen til fremstilling.
1. Forståelse af elektroniske PCB til biler:
Automobilelektronik PCB eller printkort er en vigtig del af moderne biler. De er ansvarlige for at levere elektriske forbindelser og support til forskellige elektroniske systemer i bilen, såsom motorstyringsenheder, infotainmentsystemer, sensorer osv. Et centralt aspekt af PCB'er til bilelektronik er deres evne til at modstå det barske bilmiljø. Køretøjer er udsat for ekstreme temperaturændringer, vibrationer og elektrisk støj. Derfor skal disse PCB'er være meget holdbare og pålidelige for at sikre optimal ydeevne og sikkerhed. Automotive elektronik PCB'er er ofte designet ved hjælp af specialiseret software, der giver ingeniører mulighed for at skabe layouts, der opfylder de specifikke krav i bilindustrien. Disse krav omfatter faktorer som størrelse, vægt, strømforbrug og elektrisk kompatibilitet med andre komponenter. Fremstillingsprocessen af PCB'er til bilelektronik involverer flere trin. PCB-layoutet er designet først og grundigt simuleret og testet for at sikre, at designet opfylder de nødvendige specifikationer. Designet overføres derefter til det fysiske PCB ved hjælp af teknikker såsom ætsning eller aflejring af ledende materiale på PCB-substratet. I betragtning af kompleksiteten af elektroniske PCB'er til biler er yderligere komponenter såsom modstande, kondensatorer og integrerede kredsløb normalt monteret på printkortet for at fuldende det elektroniske kredsløb. Disse komponenter er typisk overflademonteret på printkortet ved hjælp af automatiserede placeringsmaskiner. Der lægges særlig vægt på svejseprocessen for at sikre korrekt forbindelse og holdbarhed. I betragtning af vigtigheden af elektroniske systemer til biler er kvalitetskontrol afgørende i bilindustrien. Derfor gennemgår elektroniske PCB'er til biler strenge tests og inspektioner for at sikre, at de opfylder de krævede standarder. Dette inkluderer elektrisk test, termisk cykling, vibrationstest og miljøtest for at sikre PCB-pålidelighed og holdbarhed under en række forskellige forhold.
2. Automotive elektronisk PCB designproces:
PCB-designprocessen til bilelektronik involverer flere kritiske trin for at sikre pålideligheden, funktionaliteten og ydeevnen af det endelige produkt.
2.1 Skemadesign: Det første trin i designprocessen er skematisk design.I dette trin definerer ingeniører de elektriske forbindelser mellem individuelle komponenter baseret på printkortets påkrævede funktionalitet. Dette involverer oprettelse af et skematisk diagram, der repræsenterer PCB-kredsløbet, inklusive forbindelser, komponenter og deres indbyrdes sammenhænge. I denne fase overvejer ingeniører faktorer såsom strømkrav, signalveje og kompatibilitet med andre systemer i køretøjet.
2.2 PCB-layoutdesign: Når skemaet er færdiggjort, går designet over i PCB-layoutdesignfasen.I dette trin konverterer ingeniører skemaet til det fysiske layout af printkortet. Dette omfatter bestemmelse af størrelsen, formen og placeringen af komponenter på printkortet, samt routing af elektriske spor. Layoutdesign skal tage hensyn til faktorer som signalintegritet, termisk styring, elektromagnetisk interferens (EMI) og fremstillingsevne. Der lægges særlig vægt på komponentplacering for at optimere signalflowet og minimere støj.
2.3 Komponentvalg og placering: Efter det indledende printkortlayout er afsluttet, fortsætter ingeniører med komponentvalg og placering.Dette involverer valg af passende komponenter baseret på krav som ydeevne, strømforbrug, tilgængelighed og omkostninger. Faktorer såsom komponenter i automotive kvalitet, temperaturområde og vibrationstolerance er afgørende i udvælgelsesprocessen. Komponenterne placeres derefter på printkortet i henhold til deres respektive fodspor og positioner, der er bestemt under layoutdesignfasen. Korrekt placering og orientering af komponenter er afgørende for at sikre effektiv samling og optimalt signalflow.
2.4 Signalintegritetsanalyse: Signalintegritetsanalyse er et vigtigt trin i design af printkort til bilelektronik.Det involverer evaluering af kvaliteten og pålideligheden af signaler, når de forplanter sig gennem et PCB. Denne analyse hjælper med at identificere potentielle problemer såsom signaldæmpning, krydstale, refleksioner og støjinterferens. En række simulerings- og analyseværktøjer bruges til at verificere designet og optimere layoutet for at sikre signalintegritet. Designere fokuserer på faktorer som sporlængde, impedanstilpasning, strømintegritet og kontrolleret impedansruting for at sikre nøjagtig og støjfri signaltransmission.
Signalintegritetsanalyse tager også højde for højhastighedssignaler og kritiske busgrænseflader, der findes i elektroniske systemer til biler. Da avancerede teknologier såsom Ethernet, CAN og FlexRay i stigende grad bruges i køretøjer, bliver det mere udfordrende og vigtigt at opretholde signalintegriteten.
3. Elektronisk PCB-fremstillingsproces for biler:
3.1 Materialevalg: Automobilelektronik PCB-materialevalg er afgørende for at sikre holdbarhed, pålidelighed og ydeevne.De anvendte materialer skal være i stand til at modstå de barske miljøforhold, man støder på i bilindustrien, herunder temperaturændringer, vibrationer, fugt og kemisk eksponering. Almindeligt anvendte materialer til elektroniske PCB'er til biler omfatter FR-4 (Flame Retardant-4) epoxybaseret laminat, som har god elektrisk isolering, mekanisk styrke og fremragende varmebestandighed. Højtemperaturlaminater såsom polyimid bruges også i applikationer, der kræver ekstrem temperaturfleksibilitet. Materialevalg bør også tage hensyn til kravene til applikationskredsløbet, såsom højhastighedssignaler eller effektelektronik.
3.2 PCB-fremstillingsteknologi: PCB-fremstillingsteknologi involverer flere processer, der omdanner design til fysiske printkort.Fremstillingsprocessen omfatter typisk følgende trin:
a) Designoverførsel:PCB-designet overføres til en dedikeret software, der genererer de illustrationsfiler, der kræves til fremstilling.
b) Paneldeling:Kombinerer flere PCB-designs i ét panel for at optimere produktionseffektiviteten.
c) Billedbehandling:Belæg et lag af lysfølsomt materiale på panelet, og brug artwork-filen til at eksponere det påkrævede kredsløbsmønster på det belagte panel.
d) Ætsning:Kemisk ætsning af de udsatte områder af panelet for at fjerne uønsket kobber, hvilket efterlader de ønskede kredsløbsspor.
e) Boring:Boring af huller i panelet for at rumme komponentledninger og gennemgange til sammenkobling mellem forskellige lag af printkortet.
f) galvanisering:Et tyndt lag kobber er galvaniseret på panelet for at forbedre ledningsevnen af kredsløbssporene og give en glat overflade til efterfølgende processer.
g) Anvendelse af loddemaske:Påfør et lag loddemaske for at beskytte kobbersporene mod oxidation og isolering mellem tilstødende spor. Loddemaske hjælper også med at give klar visuel skelnen mellem forskellige komponenter og spor.
h) Serigrafi:Brug screen printprocessen til at udskrive komponentnavne, logoer og andre nødvendige oplysninger på printkortet.
3.3 Forbered kobberlaget: Inden applikationskredsløbet oprettes, skal kobberlagene på printkortet forberedes.Dette indebærer rengøring af kobberoverfladen for at fjerne snavs, oxider eller forurenende stoffer. Rengøringsprocessen forbedrer vedhæftningen af lysfølsomme materialer, der anvendes i billeddannelsesprocessen. En række forskellige rengøringsmetoder kan bruges, herunder mekanisk skrubning, kemisk rengøring og plasmarensning.
3.4 Applikationskredsløb: Når kobberlagene er forberedt, kan applikationskredsløbet oprettes på printkortet.Dette involverer brug af en billeddannelsesproces til at overføre det ønskede kredsløbsmønster til printkortet. Artwork-filen, der genereres af PCB-designet, bruges som reference til at udsætte det lysfølsomme materiale på PCB'et for UV-lys. Denne proces hærder de udsatte områder og danner de nødvendige kredsløbsspor og puder.
3.5 PCB-ætsning og -boring: Efter oprettelse af applikationskredsløbet, brug en kemisk opløsning til at ætse det overskydende kobber væk.Det lysfølsomme materiale fungerer som en maske, der beskytter de nødvendige kredsløbsspor mod ætsning. Dernæst kommer boreprocessen med at lave huller til komponentledninger og gennemgange i printkortet. Hullerne bores ved hjælp af præcisionsværktøjer, og deres placering bestemmes ud fra printdesignet.
3.6 Påføring af plettering og loddemaske: Efter at ætse- og boreprocessen er fuldført, pletteres printet for at forbedre ledningsevnen af kredsløbssporene.Plad et tyndt lag kobber på den blotlagte kobberoverflade. Denne pletteringsproces hjælper med at sikre pålidelige elektriske forbindelser og øger PCB-holdbarheden. Efter plettering påføres et lag loddemaske på printkortet. Loddemasken giver isolering og beskytter kobbersporene mod oxidation. Det påføres normalt ved serigrafi, og området, hvor komponenterne er placeret, efterlades åbent til lodning.
3.7 PCB-testning og -inspektion: Det sidste trin i fremstillingsprocessen er PCB-testning og -inspektion.Dette indebærer kontrol af funktionaliteten og kvaliteten af printkortet. Forskellige tests såsom kontinuitetstest, isolationsmodstandstestning og elektrisk ydeevnetest udføres for at sikre, at PCB'et opfylder de krævede specifikationer. En visuel inspektion udføres også for at kontrollere for eventuelle defekter såsom shorts, åbninger, fejljusteringer eller komponentplaceringsdefekter.
PCB-fremstillingsprocessen for bilelektronik involverer en række trin fra materialevalg til test og inspektion. Hvert trin spiller en afgørende rolle for at sikre pålideligheden, funktionaliteten og ydeevnen af det endelige PCB. Producenter skal overholde industristandarder og bedste praksis for at sikre, at PCB'er opfylder de strenge krav til bilapplikationer.
4. Bilspecifikke overvejelser: der er nogle bilspecifikke faktorer, der skal tages i betragtning ved design og
fremstilling af PCB'er til biler.
4.1 Varmeafledning og termisk styring: I biler påvirkes PCB'er af høje temperaturforhold på grund af motorvarme og det omgivende miljø.Derfor er varmeafledning og termisk styring nøgleovervejelser i PCB-design til biler. Varmegenererende komponenter såsom strømelektronik, mikrocontrollere og sensorer skal placeres strategisk på printkortet for at minimere varmekoncentrationen. Køleplader og ventilationsåbninger er tilgængelige for effektiv varmeafledning. Derudover bør korrekte luftstrøms- og kølemekanismer indarbejdes i bildesign for at forhindre overdreven varmeopbygning og sikre PCB-pålidelighed og lang levetid.
4.2 Vibrations- og stødmodstand: Biler kører under forskellige vejforhold og er udsat for vibrationer og stød forårsaget af bump, huller og ujævnt terræn.Disse vibrationer og stød kan påvirke PCB's holdbarhed og pålidelighed. For at sikre modstand mod vibrationer og stød bør PCB'er, der anvendes i biler, være mekanisk stærke og sikkert monteret. Designteknikker såsom brug af yderligere loddesamlinger, forstærkning af printpladen med epoxy- eller forstærkningsmaterialer og omhyggelig udvælgelse af vibrationsbestandige komponenter og konnektorer kan hjælpe med at afbøde de negative virkninger af vibrationer og stød.
4.3 Elektromagnetisk kompatibilitet (EMC): Elektromagnetisk interferens (EMI) og radiofrekvensinterferens (RFI) kan påvirke funktionaliteten af elektronisk udstyr til biler negativt.Den tætte kontakt mellem forskellige komponenter i bilen vil producere elektromagnetiske felter, der interfererer med hinanden. For at sikre EMC skal PCB-design omfatte passende afskærmnings-, jordforbindelses- og filtreringsteknikker for at minimere emissioner og modtagelighed over for elektromagnetiske signaler. Afskærmning af dåser, ledende afstandsstykker og korrekte PCB-layoutteknikker (såsom adskillelse af følsomme analoge og digitale spor) kan hjælpe med at reducere virkningerne af EMI og RFI og sikre korrekt drift af bilelektronik.
4.4 Sikkerheds- og pålidelighedsstandarder: Bilelektronik skal overholde strenge sikkerheds- og pålidelighedsstandarder for at sikre passagerernes sikkerhed og køretøjets overordnede funktionalitet.Disse standarder omfatter ISO 26262 for funktionel sikkerhed, som definerer sikkerhedskravene til vejkøretøjer, og forskellige nationale og internationale standarder for elektrisk sikkerhed og miljøhensyn (såsom IEC 60068 for miljøprøvning). PCB-producenter skal forstå og overholde disse standarder, når de designer og fremstiller PCB'er til biler. Derudover bør pålidelighedstestning såsom temperaturcyklus, vibrationstestning og accelereret ældning udføres for at sikre, at PCB'et opfylder de krævede pålidelighedsniveauer til bilapplikationer.
På grund af de høje temperaturforhold i bilmiljøet er varmeafledning og termisk styring kritiske. Vibrations- og stødmodstand er vigtige for at sikre, at PCB'et kan modstå barske vejforhold. Elektromagnetisk kompatibilitet er afgørende for at minimere interferens mellem forskellige elektroniske bilenheder. Derudover er overholdelse af sikkerheds- og pålidelighedsstandarder afgørende for at sikre sikkerheden og korrekt funktion af dit køretøj. Ved at løse disse problemer kan PCB-producenter producere PCB'er af høj kvalitet, der opfylder de specifikke krav fra bilindustrien.
5. Automotive elektronisk PCB samling og integration:
Automotive elektronik PCB samling og integration involverer forskellige stadier, herunder komponent indkøb, overflademontering teknologi montering, automatiserede og manuelle samlingsmetoder, og kvalitetskontrol og test. Hvert trin hjælper med at producere pålidelige PCB'er af høj kvalitet, der opfylder de strenge krav til bilapplikationer. Producenter skal følge strenge processer og kvalitetsstandarder for at sikre ydeevnen og levetiden af disse elektroniske komponenter i køretøjer.
5.1 Anskaffelse af komponenter: Anskaffelse af dele er et kritisk trin i samlingsprocessen for automobilelektronik-printkort.Indkøbsteamet arbejder tæt sammen med leverandører for at indkøbe og købe de nødvendige komponenter. Udvalgte komponenter skal opfylde specificerede krav til ydeevne, pålidelighed og kompatibilitet med bilapplikationer. Indkøbsprocessen omfatter identifikation af pålidelige leverandører, sammenligning af priser og leveringstider og sikring af, at komponenter er ægte og opfylder de nødvendige kvalitetsstandarder. Indkøbsteams overvejer også faktorer såsom forældelsesstyring for at sikre komponenttilgængelighed gennem hele produktets livscyklus.
5.2 Overflademonteringsteknologi (SMT): Overflademonteringsteknologi (SMT) er den foretrukne metode til samling af automobilelektronik-printkort på grund af dens effektivitet, præcision og kompatibilitet med miniaturiserede komponenter. SMT involverer at placere komponenter direkte på printkortets overflade, hvilket eliminerer behovet for ledninger eller stifter.SMT-komponenter omfatter små, lette enheder såsom modstande, kondensatorer, integrerede kredsløb og mikrocontrollere. Disse komponenter placeres på printkortet ved hjælp af en automatiseret placeringsmaskine. Maskinen placerer komponenter præcist på loddepastaen på printet, hvilket sikrer præcis justering og reducerer risikoen for fejl. SMT-processen byder på flere fordele, herunder øget komponenttæthed, forbedret produktionseffektivitet og forbedret elektrisk ydeevne. Derudover muliggør SMT automatiseret inspektion og test, hvilket muliggør hurtig og pålidelig produktion.
5.3 Automatisk og manuel samling: Montering af automobilelektronik PCB'er kan udføres ved hjælp af automatiserede og manuelle metoder, afhængigt af kompleksiteten af kortet og de specifikke krav til applikationen.Automatiseret montage involverer brug af avanceret maskineri til at samle PCB'er hurtigt og præcist. Automatiserede maskiner, såsom chipmontering, loddepasta-printere og reflow-ovne, bruges til komponentplacering, loddepastapåføring og reflowlodning. Automatiseret montage er yderst effektiv, hvilket reducerer produktionstiden og minimerer fejl. Manuel montage bruges derimod typisk til lavvolumenproduktion, eller når visse komponenter ikke er egnede til automatiseret montage. Dygtige teknikere bruger specialiseret værktøj og udstyr til omhyggeligt at placere komponenter på printkortet. Manuel samling giver større fleksibilitet og tilpasning end automatiseret montage, men er langsommere og mere udsat for menneskelige fejl.
5.4 Kvalitetskontrol og -test: Kvalitetskontrol og -test er kritiske trin i automobilelektronik PCB-samling og integration. Disse processer er med til at sikre, at det endelige produkt lever op til de krævede kvalitetsstandarder og funktionalitet.Kvalitetskontrol begynder med at inspicere indgående komponenter for at verificere deres ægthed og kvalitet. Under monteringsprocessen udføres inspektioner på forskellige stadier for at identificere og rette eventuelle defekter eller problemer. Visuel inspektion, automatiseret optisk inspektion (AOI) og røntgeninspektion bruges ofte til at opdage mulige defekter såsom loddebroer, komponentforskydning eller åbne forbindelser.
Efter montering skal printkortet funktionstestes for at verificere dets ydeevne. Testningsprocedurer kan omfatte starttest, funktionstest, test i kredsløb og miljøtest for at verificere funktionaliteten, de elektriske egenskaber og pålideligheden af printkortet.
Kvalitetskontrol og test involverer også sporbarhed, hvor hvert PCB er mærket eller mærket med en unik identifikator for at spore dens produktionshistorie og sikre ansvarlighed.Dette gør det muligt for producenterne at identificere og rette eventuelle problemer og giver værdifulde data til løbende forbedringer.
6. Automotive elektroniske PCB Fremtidige tendenser og udfordringer: Fremtiden for automobilelektronik PCB vil blive påvirket af
tendenser såsom miniaturisering, øget kompleksitet, integration af avancerede teknologier og behovet for forbedret
fremstillingsprocesser.
6.1 Miniaturisering og øget kompleksitet: En af de vigtige tendenser inden for automobilelektronik PCB'er er det kontinuerlige skub for miniaturisering og kompleksitet.Efterhånden som køretøjer bliver mere avancerede og udstyret med forskellige elektroniske systemer, fortsætter efterspørgslen efter mindre og tættere PCB'er med at stige. Denne miniaturisering giver udfordringer med hensyn til komponentplacering, routing, termisk spredning og pålidelighed. PCB-designere og -producenter skal finde innovative løsninger for at imødekomme krympende formfaktorer og samtidig bevare PCB-ydeevne og holdbarhed.
6.2 Integration af avancerede teknologier: Bilindustrien er vidne til hurtige fremskridt inden for teknologi, herunder integration af avancerede teknologier i køretøjer.PCB'er spiller en nøglerolle i at aktivere disse teknologier, såsom avancerede førerassistentsystemer (ADAS), elektriske køretøjssystemer, tilslutningsløsninger og autonome kørselsfunktioner. Disse avancerede teknologier kræver PCB'er, der kan understøtte højere hastigheder, håndtere kompleks databehandling og sikre pålidelig kommunikation mellem forskellige komponenter og systemer. Design og fremstilling af PCB'er, der opfylder disse krav, er en stor udfordring for industrien.
6.3 Fremstillingsprocessen skal styrkes: Efterhånden som efterspørgslen efter automobilelektronik-PCB'er fortsætter med at vokse, står producenterne over for udfordringen med at forbedre fremstillingsprocesserne for at imødekomme højere produktionsmængder og samtidig opretholde høje kvalitetsstandarder.Strømlining af produktionsprocesser, forbedring af effektiviteten, afkortning af cyklustider og minimering af defekter er områder, hvor producenterne skal fokusere deres indsats. Brugen af avancerede produktionsteknologier, såsom automatiseret montage, robotteknologi og avancerede inspektionssystemer, hjælper med at forbedre effektiviteten og nøjagtigheden af produktionsprocessen. Indførelse af Industry 4.0-koncepter såsom Internet of Things (IoT) og dataanalyse kan give værdifuld indsigt i procesoptimering og forudsigelig vedligeholdelse og derved øge produktiviteten og outputtet.
7. Velkendt producent af kredsløbskort til biler:
Shenzhen Capel Technology Co., Ltd. etablerede en printkortfabrik i 2009 og begyndte at udvikle og fremstille fleksible printkort, hybridkort og stive prints. I løbet af de sidste 15 år har vi med succes gennemført titusindvis af automotive printkort-projekter for kunder, akkumuleret rig erfaring i bilindustrien og givet kunderne sikre og pålidelige løsninger. Capels professionelle ingeniør- og R&D-teams er de eksperter, du kan stole på!
Sammenfattende,PCB-fremstillingsprocessen for bilelektronik er en kompleks og omhyggelig opgave, der kræver tæt samarbejde mellem ingeniører, designere og producenter. De strenge krav fra bilindustrien kræver pålidelige og sikre PCB'er af høj kvalitet. Efterhånden som teknologien fortsætter med at udvikle sig, bliver PCB'er til bilelektronik nødt til at imødekomme den stigende efterspørgsel efter mere komplekse og sofistikerede funktioner. For at være på forkant med dette hastigt udviklende felt, skal PCB-producenter følge med i de seneste trends. De skal investere i avancerede fremstillingsprocesser og udstyr for at sikre produktionen af førsteklasses PCB'er. Anvendelse af praksis af høj kvalitet forbedrer ikke kun køreoplevelsen, men prioriterer også sikkerhed og præcision.
Indlægstid: 11. september 2023
Tilbage
