Desky plošných spojů automobilové elektroniky (PCB) hrají zásadní roli ve funkčnosti dnešních vyspělých vozidel. Od ovládání systémů motoru a displejů infotainmentu až po správu bezpečnostních prvků a schopností autonomního řízení vyžadují tyto desky plošných spojů pečlivé konstrukční a výrobní procesy, aby byl zajištěn optimální výkon a spolehlivost.V tomto článku se ponoříme do složité cesty desek plošných spojů automobilové elektroniky a prozkoumáme klíčové kroky od počáteční fáze návrhu až po výrobu.
1. Pochopení automobilové elektronické desky plošných spojů:
PCB neboli plošný spoj automobilové elektroniky je důležitou součástí moderních automobilů. Jsou zodpovědní za elektrické připojení a podporu pro různé elektronické systémy v autě, jako jsou řídicí jednotky motoru, informační a zábavní systémy, senzory atd. Klíčovým aspektem desek plošných spojů automobilové elektroniky je jejich schopnost odolat drsnému automobilovému prostředí. Vozidla jsou vystavena extrémním teplotním změnám, vibracím a elektrickému hluku. Proto musí být tyto desky plošných spojů vysoce odolné a spolehlivé, aby byl zajištěn optimální výkon a bezpečnost. Desky plošných spojů automobilové elektroniky jsou často navrhovány pomocí specializovaného softwaru, který inženýrům umožňuje vytvářet rozvržení splňující specifické požadavky automobilového průmyslu. Tyto požadavky zahrnují faktory, jako je velikost, hmotnost, spotřeba energie a elektrická kompatibilita s ostatními součástmi. Proces výroby desek plošných spojů automobilové elektroniky zahrnuje několik kroků. Rozvržení PCB je navrženo jako první a důkladně simulováno a testováno, aby bylo zajištěno, že návrh splňuje požadované specifikace. Návrh je poté přenesen na fyzickou desku plošných spojů pomocí technik, jako je leptání nebo nanášení vodivého materiálu na substrát PCB. Vzhledem ke složitosti elektronických desek plošných spojů pro automobily jsou na desku plošných spojů obvykle namontovány další součásti, jako jsou odpory, kondenzátory a integrované obvody, aby byl elektronický obvod dokončen. Tyto součásti jsou obvykle povrchově namontovány na PCB pomocí automatických osazovacích strojů. Zvláštní pozornost je věnována procesu svařování, aby bylo zajištěno správné spojení a trvanlivost. Vzhledem k důležitosti automobilových elektronických systémů je kontrola kvality v automobilovém průmyslu klíčová. Automobilové elektronické PCB proto procházejí přísným testováním a kontrolou, aby bylo zajištěno, že splňují požadované normy. To zahrnuje elektrické testování, tepelné cyklování, vibrační testování a environmentální testování, aby byla zajištěna spolehlivost a životnost PCB za různých podmínek.
2. Proces návrhu elektronické desky plošných spojů pro automobily:
Proces návrhu PCB pro automobilovou elektroniku zahrnuje několik kritických kroků k zajištění spolehlivosti, funkčnosti a výkonu konečného produktu.
2.1 Návrh schématu: Prvním krokem v procesu návrhu je schématický návrh.V tomto kroku technici definují elektrická spojení mezi jednotlivými součástmi na základě požadované funkčnosti PCB. Jedná se o vytvoření schematického diagramu, který představuje obvod PCB, včetně zapojení, součástek a jejich vzájemných vztahů. Během této fáze technici zvažují faktory, jako jsou požadavky na napájení, signálové cesty a kompatibilita s jinými systémy ve vozidle.
2.2 Návrh rozložení desky plošných spojů: Jakmile je schéma dokončeno, návrh se přesune do fáze návrhu rozložení desky plošných spojů.V tomto kroku inženýři převedou schéma do fyzického rozložení desky plošných spojů. To zahrnuje určení velikosti, tvaru a umístění součástí na desce plošných spojů, stejně jako směrování elektrických tras. Návrh uspořádání musí vzít v úvahu faktory, jako je integrita signálu, tepelné řízení, elektromagnetické rušení (EMI) a vyrobitelnost. Zvláštní pozornost je věnována umístění komponent pro optimalizaci toku signálu a minimalizaci šumu.
2.3 Výběr a umístění součástí: Po dokončení počátečního rozvržení desky plošných spojů inženýři pokračují ve výběru a umístění součástí.To zahrnuje výběr vhodných komponent na základě požadavků, jako je výkon, spotřeba energie, dostupnost a cena. Faktory, jako jsou komponenty automobilové třídy, teplotní rozsah a tolerance vibrací, jsou při výběru rozhodující. Komponenty jsou poté umístěny na PCB podle jejich příslušných půdorysů a pozic určených během fáze návrhu rozvržení. Správné umístění a orientace komponent je rozhodující pro zajištění efektivní montáže a optimálního toku signálu.
2.4 Analýza integrity signálu: Analýza integrity signálu je důležitým krokem v návrhu PCB automobilové elektroniky.Zahrnuje vyhodnocení kvality a spolehlivosti signálů při jejich šíření přes PCB. Tato analýza pomáhá identifikovat potenciální problémy, jako je útlum signálu, přeslechy, odrazy a rušení šumem. K ověření návrhu a optimalizaci rozložení pro zajištění integrity signálu se používá řada simulačních a analytických nástrojů. Návrháři se zaměřují na faktory, jako je délka stopy, přizpůsobení impedance, integrita napájení a řízené směrování impedance, aby zajistili přesný a bezšumový přenos signálu.
Analýza integrity signálu také bere v úvahu vysokorychlostní signály a kritická sběrnicová rozhraní přítomná v automobilových elektronických systémech. S tím, jak se ve vozidlech stále více používají pokročilé technologie, jako je Ethernet, CAN a FlexRay, je udržování integrity signálu náročnější a důležitější.
3. Proces výroby elektronických PCB pro automobily:
3.1 Výběr materiálu: Výběr materiálu PCB pro automobilovou elektroniku je rozhodující pro zajištění odolnosti, spolehlivosti a výkonu.Použité materiály musí být schopny odolat drsným podmínkám prostředí, se kterými se setkáváme v automobilových aplikacích, včetně teplotních změn, vibrací, vlhkosti a vystavení chemikáliím. Mezi běžně používané materiály pro automobilové elektronické PCB patří laminát na bázi epoxidu FR-4 (Flame Retardant-4), který má dobrou elektrickou izolaci, mechanickou pevnost a vynikající tepelnou odolnost. Vysokoteplotní lamináty, jako je polyimid, se také používají v aplikacích vyžadujících extrémní teplotní flexibilitu. Výběr materiálu by měl také vzít v úvahu požadavky aplikačního obvodu, jako jsou vysokorychlostní signály nebo výkonová elektronika.
3.2 Technologie výroby desek plošných spojů: Technologie výroby desek plošných spojů zahrnuje několik procesů, které převádějí návrhy na fyzické desky plošných spojů.Výrobní proces obvykle zahrnuje následující kroky:
a) Přenos designu:Návrh desky plošných spojů se přenese do specializovaného softwaru, který generuje soubory kresby potřebné pro výrobu.
b) Panelizace:Kombinace více návrhů PCB do jednoho panelu pro optimalizaci efektivity výroby.
c) Zobrazování:Naneste vrstvu fotocitlivého materiálu na panel a použijte soubor kresby k vystavení požadovaného vzoru obvodu na potaženém panelu.
d) Leptání:Chemické leptání exponovaných oblastí panelu k odstranění nežádoucí mědi a zanechání požadovaných stop obvodu.
e) Vrtání:Vyvrtání otvorů v panelu pro umístění vývodů součástek a prokovů pro propojení mezi různými vrstvami desky plošných spojů.
f) Galvanické pokovování:Tenká vrstva mědi je galvanicky pokovena na panelu, aby se zvýšila vodivost obvodových stop a poskytl hladký povrch pro následné procesy.
g) Aplikace pájecí masky:Naneste vrstvu pájecí masky, která chrání stopy mědi před oxidací a poskytuje izolaci mezi sousedními stopami. Pájecí maska také pomáhá zajistit jasné vizuální rozlišení mezi různými součástmi a stopami.
h) Sítotisk:Pomocí sítotisku vytiskněte na desku plošných spojů názvy komponent, loga a další potřebné informace.
3.3 Příprava měděné vrstvy: Před vytvořením aplikačního obvodu je třeba připravit měděné vrstvy na DPS.To zahrnuje čištění měděného povrchu, aby se odstranily veškeré nečistoty, oxidy nebo nečistoty. Proces čištění zlepšuje přilnavost fotocitlivých materiálů používaných v procesu zobrazování. Lze použít různé způsoby čištění, včetně mechanického drhnutí, chemického čištění a plazmového čištění.
3.4 Aplikační obvod: Jakmile jsou měděné vrstvy připraveny, lze na desce plošných spojů vytvořit aplikační obvod.To zahrnuje použití zobrazovacího procesu k přenosu požadovaného vzoru obvodu na PCB. Soubor kresby vytvořený návrhem PCB se používá jako reference pro vystavení fotocitlivého materiálu na PCB UV světlu. Tento proces vytvrzuje exponovaná místa a tvoří požadované stopy obvodu a podložky.
3.5 Leptání a vrtání PCB: Po vytvoření aplikačního obvodu použijte chemický roztok k odleptání přebytečné mědi.Fotocitlivý materiál funguje jako maska, která chrání požadované stopy obvodu před leptáním. Dále přichází na řadu vrtání otvorů pro vývody součástek a prokovy v desce plošných spojů. Otvory jsou vyvrtány pomocí přesných nástrojů a jejich umístění je určeno na základě návrhu DPS.
3.6 Aplikace pokovování a pájecí masky: Po dokončení procesu leptání a vrtání se deska plošných spojů pokovuje, aby se zvýšila vodivost stop obvodu.Na odkrytý měděný povrch naneste tenkou vrstvu mědi. Tento proces pokovování pomáhá zajistit spolehlivá elektrická spojení a zvyšuje odolnost PCB. Po pokovení se na DPS nanese vrstva pájecí masky. Pájecí maska poskytuje izolaci a chrání stopy mědi před oxidací. Obvykle se nanáší sítotiskem a oblast, kde jsou součásti umístěny, je ponechána otevřená pro pájení.
3.7 Testování a kontrola PCB: Posledním krokem ve výrobním procesu je testování a kontrola PCB.Jedná se o kontrolu funkčnosti a kvality DPS. Aby bylo zajištěno, že deska plošných spojů splňuje požadované specifikace, provádějí se různé testy, jako je testování kontinuity, testování izolačního odporu a testování elektrického výkonu. Provádí se také vizuální kontrola, aby se zkontrolovaly případné vady, jako jsou zkraty, otvory, nesouososti nebo vady umístění součástí.
Proces výroby PCB pro automobilovou elektroniku zahrnuje řadu kroků od výběru materiálu po testování a kontrolu. Každý krok hraje zásadní roli při zajišťování spolehlivosti, funkčnosti a výkonu finální desky plošných spojů. Výrobci musí dodržovat průmyslové standardy a osvědčené postupy, aby zajistili, že PCB splňují přísné požadavky automobilových aplikací.
4. Aspekty specifické pro automobil: existují určité faktory specifické pro automobil, které je třeba vzít v úvahu při navrhování a
výroba automobilových PCB.
4.1 Odvod tepla a tepelné řízení: V automobilech jsou desky plošných spojů ovlivňovány vysokými teplotami v důsledku tepla motoru a okolního prostředí.Proto jsou odvod tepla a tepelný management klíčovými faktory při návrhu automobilových PCB. Komponenty generující teplo, jako je výkonová elektronika, mikrokontroléry a senzory, musí být strategicky umístěny na desce plošných spojů, aby se minimalizovala koncentrace tepla. Pro efektivní odvod tepla jsou k dispozici chladiče a větrací otvory. Kromě toho by měly být do automobilových konstrukcí začleněny správné mechanismy proudění vzduchu a chlazení, aby se zabránilo nadměrnému hromadění tepla a zajistila spolehlivost a životnost PCB.
4.2 Odolnost proti vibracím a otřesům: Automobily fungují za různých podmínek vozovky a jsou vystaveny vibracím a otřesům způsobeným hrboly, výmoly a nerovným terénem.Tyto vibrace a otřesy mohou ovlivnit životnost a spolehlivost desky plošných spojů. Aby byla zajištěna odolnost vůči vibracím a nárazům, měly by být desky plošných spojů používané v automobilech mechanicky pevné a bezpečně namontované. Konstrukční techniky, jako je použití dalších pájených spojů, vyztužení desky plošných spojů epoxidovými nebo výztužnými materiály a pečlivý výběr součástí a konektorů odolných vůči vibracím, mohou pomoci zmírnit negativní účinky vibrací a nárazů.
4.3 Elektromagnetická kompatibilita (EMC): Elektromagnetické rušení (EMI) a vysokofrekvenční rušení (RFI) může nepříznivě ovlivnit funkčnost elektronických zařízení automobilů.Těsný kontakt různých součástí v autě bude vytvářet elektromagnetická pole, která se navzájem ruší. Pro zajištění EMC musí návrh desky plošných spojů zahrnovat vhodné stínění, uzemnění a filtrační techniky, aby se minimalizovaly emise a náchylnost k elektromagnetickým signálům. Stínící plechovky, vodivé distanční vložky a správné techniky rozmístění desek plošných spojů (jako je oddělení citlivých analogových a digitálních stop) mohou pomoci snížit účinky EMI a RFI a zajistit správnou funkci automobilové elektroniky.
4.4 Normy bezpečnosti a spolehlivosti: Automobilová elektronika musí splňovat přísné normy bezpečnosti a spolehlivosti, aby byla zajištěna bezpečnost cestujících a celková funkčnost vozidla.Tyto normy zahrnují ISO 26262 pro funkční bezpečnost, která definuje bezpečnostní požadavky pro silniční vozidla, a různé národní a mezinárodní normy pro elektrickou bezpečnost a hlediska ochrany životního prostředí (např. IEC 60068 pro environmentální testování). Výrobci PCB musí těmto standardům rozumět a dodržovat je při navrhování a výrobě automobilových PCB. Kromě toho by mělo být provedeno testování spolehlivosti, jako je teplotní cyklování, vibrační testování a zrychlené stárnutí, aby bylo zajištěno, že PCB splňuje požadované úrovně spolehlivosti pro automobilové aplikace.
Vzhledem k vysokým teplotám v automobilovém prostředí je kritický odvod tepla a tepelné řízení. Odolnost proti vibracím a otřesům je důležitá pro zajištění toho, aby deska plošných spojů vydržela drsné silniční podmínky. Elektromagnetická kompatibilita je zásadní pro minimalizaci interference mezi různými automobilovými elektronickými zařízeními. Dodržování norem bezpečnosti a spolehlivosti je navíc zásadní pro zajištění bezpečnosti a správného fungování vašeho vozidla. Řešením těchto problémů mohou výrobci DPS vyrábět vysoce kvalitní DPS, které splňují specifické požadavky automobilového průmyslu.
5. Automobilová elektronická montáž a integrace PCB:
Montáž a integrace PCB automobilové elektroniky zahrnuje různé fáze včetně nákupu komponent, montáže technologie povrchové montáže, automatizovaných a manuálních metod montáže a kontroly a testování kvality. Každá fáze pomáhá vyrábět vysoce kvalitní a spolehlivé desky plošných spojů, které splňují přísné požadavky automobilových aplikací. Výrobci musí dodržovat přísné procesy a normy kvality, aby zajistili výkon a dlouhou životnost těchto elektronických součástek ve vozidlech.
5.1 Obstarávání komponent: Obstarávání dílů je kritickým krokem v procesu montáže PCB automobilové elektroniky.Tým nákupu úzce spolupracuje s dodavateli při získávání a nákupu požadovaných komponent. Vybrané komponenty musí splňovat stanovené požadavky na výkon, spolehlivost a kompatibilitu s automobilovými aplikacemi. Proces nákupu zahrnuje identifikaci spolehlivých dodavatelů, porovnání cen a dodacích lhůt a zajištění, že komponenty jsou originální a splňují nezbytné standardy kvality. Týmy nákupu také berou v úvahu faktory, jako je řízení zastaralosti, aby byla zajištěna dostupnost komponent po celou dobu životního cyklu produktu.
5.2 Technologie povrchové montáže (SMT): Technologie povrchové montáže (SMT) je preferovanou metodou pro montáž desek plošných spojů automobilové elektroniky kvůli její účinnosti, přesnosti a kompatibilitě s miniaturizovanými součástkami. SMT zahrnuje umístění součástek přímo na povrch PCB, což eliminuje potřebu vodičů nebo kolíků.SMT komponenty zahrnují malá, lehká zařízení, jako jsou rezistory, kondenzátory, integrované obvody a mikrokontroléry. Tyto součástky jsou umístěny na PCB pomocí automatického osazovacího stroje. Stroj přesně umístí součástky na pájecí pastu na desce plošných spojů, zajišťuje přesné vyrovnání a snižuje možnost chyb. Proces SMT nabízí několik výhod, včetně zvýšené hustoty komponent, zlepšené výrobní účinnosti a lepšího elektrického výkonu. SMT navíc umožňuje automatizovanou kontrolu a testování, což umožňuje rychlou a spolehlivou výrobu.
5.3 Automatická a ruční montáž: Montáž desek plošných spojů automobilové elektroniky lze provádět automatizovanými a manuálními metodami v závislosti na složitosti desky a specifických požadavcích aplikace.Automatizovaná montáž zahrnuje použití pokročilých strojů k rychlé a přesné montáži desek plošných spojů. Pro umístění součástek, nanášení pájecí pasty a pájení přetavením se používají automatizované stroje, jako jsou osazovače čipů, tiskárny pájecí pasty a přetavovací pece. Automatizovaná montáž je vysoce efektivní, snižuje výrobní čas a minimalizuje chyby. Ruční montáž se na druhé straně obvykle používá pro malosériovou výrobu nebo když některé součásti nejsou vhodné pro automatizovanou montáž. Kvalifikovaní technici používají specializované nástroje a vybavení k pečlivému umístění součástek na PCB. Ruční montáž umožňuje větší flexibilitu a přizpůsobení než automatizovaná montáž, je však pomalejší a náchylnější k lidské chybě.
5.4 Kontrola kvality a testování: Kontrola kvality a testování jsou kritickými kroky při montáži a integraci PCB automobilové elektroniky. Tyto procesy pomáhají zajistit, že konečný produkt splňuje požadované standardy kvality a funkčnosti.Kontrola kvality začíná kontrolou příchozích komponentů za účelem ověření jejich pravosti a kvality. Během procesu montáže se v různých fázích provádějí kontroly, aby se identifikovaly a opravily jakékoli závady nebo problémy. Vizuální kontrola, automatizovaná optická kontrola (AOI) a rentgenová kontrola se často používají k detekci možných závad, jako jsou pájecí můstky, nesouosost součástí nebo otevřená spojení.
Po sestavení je potřeba desku plošných spojů funkčně otestovat, aby se ověřil její výkon. Ttestovací postupy mohou zahrnovat testování při zapnutí, funkční testování, testování v obvodu a testování prostředí pro ověření funkčnosti, elektrických charakteristik a spolehlivosti PCB.
Kontrola kvality a testování také zahrnuje sledovatelnost, kdy je každá deska plošných spojů označena nebo označena jedinečným identifikátorem pro sledování historie výroby a zajištění odpovědnosti.To umožňuje výrobcům identifikovat a opravovat jakékoli problémy a poskytuje cenná data pro neustálé zlepšování.
6. Automobilová elektronika PCB Budoucí trendy a výzvy: Budoucnost PCB automobilové elektroniky bude ovlivněna
trendy, jako je miniaturizace, zvýšená složitost, integrace pokročilých technologií a potřeba vylepšení
výrobních procesů.
6.1 Miniaturizace a zvýšená složitost: Jedním z důležitých trendů desek plošných spojů automobilové elektroniky je neustálý tlak na miniaturizaci a složitost.S tím, jak se vozidla vylepšují a vybavují různými elektronickými systémy, neustále roste poptávka po menších a hustších deskách plošných spojů. Tato miniaturizace představuje problémy v umístění součástí, směrování, odvodu tepla a spolehlivosti. Návrháři a výrobci desek plošných spojů musí najít inovativní řešení, aby se přizpůsobili zmenšujícím se tvarovým faktorům při zachování výkonu a životnosti desek plošných spojů.
6.2 Integrace pokročilých technologií: Automobilový průmysl je svědkem rychlého technologického pokroku, včetně integrace pokročilých technologií do vozidel.PCB hrají klíčovou roli při aktivaci těchto technologií, jako jsou pokročilé asistenční systémy (ADAS), systémy elektrických vozidel, řešení konektivity a funkce autonomního řízení. Tyto pokročilé technologie vyžadují desky plošných spojů, které mohou podporovat vyšší rychlosti, zvládnout složité zpracování dat a zajistit spolehlivou komunikaci mezi různými součástmi a systémy. Navrhování a výroba desek plošných spojů, které splňují tyto požadavky, je pro průmysl velkou výzvou.
6.3 Výrobní proces je třeba posílit: Vzhledem k tomu, že poptávka po deskách plošných spojů pro automobilovou elektroniku neustále roste, čelí výrobci výzvě, jak zlepšit výrobní procesy, aby vyhovovaly vyšším objemům výroby při zachování vysokých standardů kvality.Zefektivnění výrobních procesů, zlepšení efektivity, zkrácení doby cyklů a minimalizace závad jsou oblasti, kam musí výrobci zaměřit své úsilí. Použití pokročilých výrobních technologií, jako je automatizovaná montáž, robotika a pokročilé kontrolní systémy, pomáhá zlepšit efektivitu a přesnost výrobního procesu. Přijetí konceptů Průmyslu 4.0, jako je internet věcí (IoT) a analýza dat, může poskytnout cenné poznatky o optimalizaci procesů a prediktivní údržbě, a tím zvýšit produktivitu a výstup.
7. Známý výrobce automobilových desek plošných spojů:
Shenzhen Capel Technology Co., Ltd. založila továrnu na desky s plošnými spoji v roce 2009 a začala vyvíjet a vyrábět flexibilní desky s obvody, hybridní desky a pevné desky. Za posledních 15 let jsme pro zákazníky úspěšně dokončili desítky tisíc projektů automobilových desek plošných spojů, nashromáždili bohaté zkušenosti v automobilovém průmyslu a poskytli zákazníkům bezpečná a spolehlivá řešení. Profesionální inženýrské a R&D týmy společnosti Capel jsou odborníci, kterým můžete důvěřovat!
v souhrnuproces výroby desek plošných spojů automobilové elektroniky je složitý a pečlivý úkol, který vyžaduje úzkou spolupráci mezi inženýry, designéry a výrobci. Přísné požadavky automobilového průmyslu vyžadují vysoce kvalitní, spolehlivé a bezpečné PCB. Vzhledem k tomu, že technologie pokračuje vpřed, automobilové elektronické desky plošných spojů budou muset uspokojit rostoucí poptávku po složitějších a sofistikovanějších funkcích. Aby si výrobci PCB udrželi náskok před tímto rychle se vyvíjejícím oborem, musí držet krok s nejnovějšími trendy. Potřebují investovat do pokročilých výrobních procesů a zařízení, aby zajistili výrobu špičkových PCB. Použití vysoce kvalitních postupů nejen zlepšuje zážitek z jízdy, ale také upřednostňuje bezpečnost a přesnost.
Čas odeslání: 11. září 2023
Zadní
