Печатните платки на автомобилната електроника (PCB) играят жизненоважна роля във функционалността на днешните модерни превозни средства. От управлението на двигателните системи и информационно-развлекателните дисплеи до управлението на функциите за безопасност и възможностите за автономно шофиране, тези печатни платки изискват внимателен дизайн и производствени процеси, за да осигурят оптимална производителност и надеждност.В тази статия ще се задълбочим в сложното пътуване на печатните платки за автомобилна електроника, като изследваме ключовите стъпки от началния етап на проектиране до производството.
1. Разбиране на автомобилната електронна платка:
Автомобилната електроника PCB или печатна платка е важна част от съвременните автомобили. Те са отговорни за осигуряването на електрически връзки и поддръжка на различни електронни системи в автомобила, като блокове за управление на двигателя, информационно-развлекателни системи, сензори и т.н. Ключов аспект на печатните платки на автомобилната електроника е тяхната способност да издържат на суровата автомобилна среда. Превозните средства са изложени на екстремни температурни промени, вибрации и електрически шум. Следователно тези печатни платки трябва да бъдат много издръжливи и надеждни, за да осигурят оптимална производителност и безопасност. Платките за автомобилна електроника често се проектират с помощта на специализиран софтуер, който позволява на инженерите да създават оформления, които отговарят на специфичните изисквания на автомобилната индустрия. Тези изисквания включват фактори като размер, тегло, консумация на енергия и електрическа съвместимост с други компоненти. Производственият процес на печатни платки за автомобилна електроника включва множество стъпки. Оформлението на печатната платка е проектирано първо и старателно симулирано и тествано, за да се гарантира, че дизайнът отговаря на изискваните спецификации. След това дизайнът се прехвърля върху физическата печатна платка, като се използват техники като ецване или отлагане на проводящ материал върху субстрата на печатната платка. Като се има предвид сложността на автомобилните електронни печатни платки, допълнителни компоненти като резистори, кондензатори и интегрални схеми обикновено се монтират на печатните платки, за да се завърши електронната верига. Тези компоненти обикновено се монтират повърхностно към PCB с помощта на автоматизирани машини за поставяне. Специално внимание се обръща на процеса на заваряване, за да се осигури правилна връзка и издръжливост. Като се има предвид важността на автомобилните електронни системи, контролът на качеството е от решаващо значение в автомобилната индустрия. Ето защо автомобилните електронни печатни платки се подлагат на стриктно тестване и проверка, за да се гарантира, че отговарят на изискваните стандарти. Това включва електрически тестове, термични цикли, тестове за вибрации и тестове за околната среда, за да се гарантира надеждност и издръжливост на PCB при различни условия.
2. Процес на проектиране на електронни печатни платки за автомобили:
Процесът на проектиране на PCB на автомобилната електроника включва няколко критични стъпки, за да се гарантира надеждността, функционалността и производителността на крайния продукт.
2.1 Проектиране на схема: Първата стъпка в процеса на проектиране е схематично проектиране.В тази стъпка инженерите определят електрическите връзки между отделните компоненти въз основа на необходимата функционалност на печатната платка. Това включва създаване на схематична диаграма, която представя веригата на печатната платка, включително връзки, компоненти и техните взаимовръзки. По време на тази фаза инженерите вземат предвид фактори като изисквания за захранване, сигнални пътища и съвместимост с други системи в автомобила.
2.2 Дизайн на оформлението на печатни платки: След като схемата е финализирана, дизайнът преминава във фазата на проектиране на оформлението на печатни платки.В тази стъпка инженерите преобразуват схемата във физическото оформление на печатната платка. Това включва определяне на размера, формата и местоположението на компонентите върху печатната платка, както и маршрутизирането на електрическите следи. Дизайнът на оформлението трябва да вземе предвид фактори като цялост на сигнала, термично управление, електромагнитни смущения (EMI) и технологичност. Специално внимание е отделено на разположението на компонентите за оптимизиране на потока на сигнала и минимизиране на шума.
2.3 Избор и поставяне на компоненти: След завършване на първоначалното оформление на печатни платки инженерите продължават с избора и поставянето на компоненти.Това включва избор на подходящи компоненти въз основа на изисквания като производителност, консумация на енергия, наличност и цена. Фактори като автомобилни компоненти, температурен диапазон и устойчивост на вибрации са критични в процеса на подбор. След това компонентите се поставят върху печатната платка според съответните им отпечатъци и позиции, определени по време на етапа на проектиране на оформлението. Правилното разположение и ориентация на компонентите е от решаващо значение за осигуряване на ефективно сглобяване и оптимален поток на сигнала.
2.4 Анализ на целостта на сигнала: Анализът на целостта на сигнала е важна стъпка в проектирането на печатни платки на автомобилната електроника.Това включва оценка на качеството и надеждността на сигналите, докато се разпространяват през PCB. Този анализ помага да се идентифицират потенциални проблеми като затихване на сигнала, пресичане, отражения и шумови смущения. Разнообразие от инструменти за симулация и анализ се използват за проверка на дизайна и оптимизиране на оформлението, за да се гарантира целостта на сигнала. Дизайнерите се фокусират върху фактори като дължина на следата, съвпадение на импеданса, цялост на мощността и контролирано маршрутизиране на импеданса, за да осигурят точно и безшумно предаване на сигнала.
Анализът на целостта на сигнала също взема предвид високоскоростните сигнали и критичните шинни интерфейси, присъстващи в автомобилните електронни системи. Тъй като модерните технологии като Ethernet, CAN и FlexRay се използват все повече в превозните средства, поддържането на целостта на сигнала става по-предизвикателно и важно.
3. Процес на производство на електронни печатни платки за автомобили:
3.1 Избор на материал: Изборът на материал за печатни платки на автомобилната електроника е от решаващо значение за осигуряване на издръжливост, надеждност и производителност.Използваните материали трябва да могат да издържат на суровите условия на околната среда, срещани в автомобилните приложения, включително температурни промени, вибрации, влага и излагане на химикали. Често използваните материали за автомобилни електронни печатни платки включват FR-4 (Flame Retardant-4) епоксиден ламинат, който има добра електрическа изолация, механична якост и отлична устойчивост на топлина. Високотемпературни ламинати като полиимид също се използват в приложения, изискващи екстремна температурна гъвкавост. Изборът на материал също трябва да вземе предвид изискванията на веригата за приложение, като високоскоростни сигнали или силова електроника.
3.2 Технология за производство на печатни платки: Технологията за производство на печатни платки включва множество процеси, които трансформират дизайните във физически печатни платки.Производственият процес обикновено включва следните стъпки:
а) Трансфер на дизайн:Дизайнът на печатната платка се прехвърля към специален софтуер, който генерира файловете с произведения на изкуството, необходими за производството.
б) Панелизация:Комбиниране на множество дизайни на печатни платки в един панел за оптимизиране на ефективността на производството.
в) изображения:Нанесете слой от фоточувствителен материал върху панела и използвайте файла с изображението, за да изложите необходимия модел на веригата върху покрития панел.
г) ецване:Химично ецване на откритите участъци на панела за отстраняване на нежеланата мед, оставяйки желаните следи от веригата.
д) Сондиране:Пробиване на дупки в панела за поставяне на компонентни проводници и отвори за взаимно свързване между различни слоеве на печатната платка.
е) галванично покритие:Тънък слой мед е галванизиран върху панела, за да подобри проводимостта на следите на веригата и да осигури гладка повърхност за последващи процеси.
ж) Приложение на маска за запояване:Нанесете слой маска за запояване, за да предпазите медните следи от окисление и да осигурите изолация между съседните следи. Маската за запояване също помага да се осигури ясно визуално разграничение между различните компоненти и следи.
з) Ситопечат:Използвайте процеса на ситопечат, за да отпечатате имена на компоненти, лога и друга необходима информация върху печатната платка.
3.3 Подгответе медния слой: Преди да създадете веригата за приложение, медните слоеве на печатната платка трябва да бъдат подготвени.Това включва почистване на медната повърхност, за да се отстранят всякакви замърсявания, оксиди или замърсители. Процесът на почистване подобрява адхезията на фоточувствителните материали, използвани в процеса на изобразяване. Могат да се използват различни методи за почистване, включително механично почистване, химическо почистване и плазмено почистване.
3.4 Приложна верига: След като медните слоеве са подготвени, приложната верига може да бъде създадена върху печатната платка.Това включва използване на процес на изобразяване за прехвърляне на желания модел на веригата върху печатната платка. Файлът с илюстрация, генериран от дизайна на печатната платка, се използва като референция за излагане на фоточувствителния материал върху печатната платка на UV светлина. Този процес втвърдява откритите зони, образувайки необходимите вериги и подложки.
3.5 Гравиране и пробиване на печатни платки: След като създадете веригата за приложение, използвайте химически разтвор, за да отстраните излишната мед.Фоточувствителният материал действа като маска, предпазвайки необходимите следи от веригата от ецване. Следва процесът на пробиване на дупки за компонентни проводници и отвори в печатната платка. Дупките се пробиват с помощта на прецизни инструменти и местоположението им се определя въз основа на дизайна на печатната платка.
3.6 Нанасяне на покритие и маска за запояване: След приключване на процеса на ецване и пробиване, PCB се покрива, за да се подобри проводимостта на следите на веригата.Нанесете тънък слой мед върху откритата медна повърхност. Този процес на покритие помага да се осигурят надеждни електрически връзки и увеличава издръжливостта на PCB. След покритие върху печатната платка се нанася слой маска за запояване. Маската за запояване осигурява изолация и предпазва медните следи от окисление. Обикновено се нанася чрез ситопечат, като мястото, където се поставят компонентите, се оставя отворено за запояване.
3.7 Тестване и проверка на печатни платки: Последната стъпка в производствения процес е тестване и проверка на печатни платки.Това включва проверка на функционалността и качеството на печатната платка. Извършват се различни тестове като тестване за непрекъснатост, тестване на изолационното съпротивление и тестване на електрическите характеристики, за да се гарантира, че печатната платка отговаря на изискваните спецификации. Визуална проверка също се извършва, за да се проверят за дефекти като късо съединение, отваряне, несъосност или дефекти в разположението на компонентите.
Процесът на производство на печатни платки за автомобилна електроника включва поредица от стъпки от избор на материал до тестване и проверка. Всяка стъпка играе критична роля за осигуряване на надеждността, функционалността и производителността на крайната печатна платка. Производителите трябва да се придържат към индустриалните стандарти и най-добрите практики, за да гарантират, че PCB отговарят на строгите изисквания на автомобилните приложения.
4. Специфични за автомобила съображения: има някои специфични за автомобила фактори, които трябва да се вземат предвид при проектирането и
производство на печатни платки за автомобили.
4.1 Разсейване на топлината и управление на топлината: В автомобилите ПХБ се влияят от високи температурни условия поради топлината на двигателя и околната среда.Следователно разсейването на топлината и управлението на топлината са ключови съображения при проектирането на печатни платки за автомобили. Компонентите, генериращи топлина, като силова електроника, микроконтролери и сензори, трябва да бъдат стратегически разположени върху печатната платка, за да се сведе до минимум концентрацията на топлина. Предлагат се радиатори и вентилационни отвори за ефективно разсейване на топлината. Освен това правилният въздушен поток и механизмите за охлаждане трябва да бъдат включени в автомобилния дизайн, за да се предотврати прекомерното натрупване на топлина и да се осигури надеждност и дълголетие на печатни платки.
4.2 Устойчивост на вибрации и удари: Автомобилите работят при различни пътни условия и са подложени на вибрации и удари, причинени от неравности, дупки и неравен терен.Тези вибрации и удари могат да повлияят на издръжливостта и надеждността на PCB. За да се осигури устойчивост на вибрации и удари, печатните платки, използвани в автомобилите, трябва да бъдат механично здрави и сигурно монтирани. Техники на проектиране като използване на допълнителни запояващи съединения, подсилване на PCB с епоксидни или подсилващи материали и внимателно избиране на устойчиви на вибрации компоненти и съединители могат да помогнат за смекчаване на отрицателните ефекти от вибрациите и ударите.
4.3 Електромагнитна съвместимост (EMC): Електромагнитните смущения (EMI) и радиочестотните смущения (RFI) могат да повлияят неблагоприятно на функционалността на автомобилното електронно оборудване.Близкият контакт на различни компоненти в автомобила ще създаде електромагнитни полета, които си взаимодействат. За да се осигури електромагнитна съвместимост, дизайнът на печатни платки трябва да включва подходящи техники за екраниране, заземяване и филтриране, за да се сведат до минимум емисиите и податливостта към електромагнитни сигнали. Екраниращи кутии, проводими дистанционни елементи и правилни техники за оформление на печатни платки (като разделяне на чувствителни аналогови и цифрови следи) могат да помогнат за намаляване на ефектите от EMI и RFI и да осигурят правилна работа на автомобилната електроника.
4.4 Стандарти за безопасност и надеждност: Автомобилната електроника трябва да се придържа към стриктни стандарти за безопасност и надеждност, за да гарантира безопасността на пътниците и цялостната функционалност на автомобила.Тези стандарти включват ISO 26262 за функционална безопасност, който определя изискванията за безопасност за пътни превозни средства и различни национални и международни стандарти за електрическа безопасност и екологични съображения (като IEC 60068 за екологични тестове). Производителите на печатни платки трябва да разбират и да се придържат към тези стандарти, когато проектират и произвеждат печатни платки за автомобили. В допълнение трябва да се извършат тестове за надеждност, като температурни цикли, тестове за вибрации и ускорено стареене, за да се гарантира, че PCB отговаря на необходимите нива на надеждност за автомобилни приложения.
Поради високите температурни условия на автомобилната среда, разсейването на топлината и управлението на топлината са критични. Устойчивостта на вибрации и удари е важна, за да се гарантира, че PCB може да издържи на тежки пътни условия. Електромагнитната съвместимост е от решаващо значение за минимизиране на смущенията между различните автомобилни електронни устройства. Освен това, спазването на стандартите за безопасност и надеждност е от решаващо значение за осигуряване на безопасността и правилното функциониране на вашия автомобил. Чрез решаването на тези проблеми производителите на печатни платки могат да произвеждат висококачествени печатни платки, които отговарят на специфичните изисквания на автомобилната индустрия.
5. Сглобяване и интегриране на електронни печатни платки за автомобили:
Сглобяването и интегрирането на печатни платки на автомобилната електроника включва различни етапи, включително доставка на компоненти, сглобяване на технологии за повърхностен монтаж, автоматизирани и ръчни методи за сглобяване и контрол и тестване на качеството. Всеки етап помага за производството на висококачествени, надеждни печатни платки, които отговарят на строгите изисквания на автомобилните приложения. Производителите трябва да следват стриктни процеси и стандарти за качество, за да гарантират производителността и дълголетието на тези електронни компоненти в превозните средства.
5.1 Доставяне на компоненти: Доставянето на части е критична стъпка в процеса на сглобяване на печатни платки на автомобилната електроника.Екипът за доставки работи в тясно сътрудничество с доставчиците, за да осигури и закупи необходимите компоненти. Избраните компоненти трябва да отговарят на определени изисквания за производителност, надеждност и съвместимост с автомобилни приложения. Процесът на доставка включва идентифициране на надеждни доставчици, сравняване на цени и срокове за доставка и гарантиране, че компонентите са оригинални и отговарят на необходимите стандарти за качество. Екипите за снабдяване също така вземат предвид фактори като управление на остаряването, за да осигурят наличността на компонентите през целия жизнен цикъл на продукта.
5.2 Технология за повърхностен монтаж (SMT): Технологията за повърхностен монтаж (SMT) е предпочитаният метод за сглобяване на печатни платки на автомобилна електроника поради своята ефективност, прецизност и съвместимост с миниатюрни компоненти. SMT включва поставяне на компоненти директно върху повърхността на PCB, елиминирайки необходимостта от проводници или щифтове.SMT компонентите включват малки, леки устройства като резистори, кондензатори, интегрални схеми и микроконтролери. Тези компоненти се поставят върху печатната платка с помощта на автоматизирана машина за поставяне. Машината прецизно позиционира компонентите върху спояващата паста върху печатната платка, като осигурява прецизно подравняване и намалява вероятността от грешки. SMT процесът предлага няколко предимства, включително повишена плътност на компонентите, подобрена ефективност на производството и подобрена електрическа производителност. В допълнение, SMT позволява автоматизирана проверка и тестване, което позволява бързо и надеждно производство.
5.3 Автоматично и ръчно сглобяване: Сглобяването на печатни платки на автомобилната електроника може да се извърши чрез автоматизирани и ръчни методи, в зависимост от сложността на платката и специфичните изисквания на приложението.Автоматизираното сглобяване включва използването на модерни машини за бързо и точно сглобяване на печатни платки. Автоматизираните машини, като устройства за монтаж на чипове, принтери с паста за запояване и пещи за повторно оформяне, се използват за поставяне на компоненти, нанасяне на паста за запояване и запояване с повторно запояване. Автоматизираният монтаж е високоефективен, намалява времето за производство и свежда до минимум грешките. Ръчното сглобяване, от друга страна, обикновено се използва за производство в малък обем или когато определени компоненти не са подходящи за автоматизирано сглобяване. Квалифицирани техници използват специализирани инструменти и оборудване, за да поставят внимателно компонентите върху печатната платка. Ръчното сглобяване позволява по-голяма гъвкавост и персонализиране от автоматизираното сглобяване, но е по-бавно и по-податливо на човешка грешка.
5.4 Качествен контрол и тестване: Качественият контрол и тестване са критични стъпки в сглобяването и интегрирането на печатни платки на автомобилната електроника. Тези процеси помагат да се гарантира, че крайният продукт отговаря на необходимите стандарти за качество и функционалност.Контролът на качеството започва с проверка на входящите компоненти, за да се провери тяхната автентичност и качество. По време на процеса на сглобяване се извършват проверки на различни етапи, за да се идентифицират и коригират всички дефекти или проблеми. Визуалната инспекция, автоматизираната оптична инспекция (AOI) и рентгеновата инспекция често се използват за откриване на възможни дефекти, като споени мостове, разминаване на компонентите или отворени връзки.
След сглобяването печатната платка трябва да бъде функционално тествана, за да се провери нейната производителност. ТПроцедурите за оценка могат да включват тестване при включване, функционално тестване, тестване във веригата и тестване на околната среда за проверка на функционалността, електрическите характеристики и надеждността на печатната платка.
Контролът и тестването на качеството също включва проследимост, при която всяка печатна платка е етикетирана или маркирана с уникален идентификатор, за да се проследи нейната производствена история и да се осигури отчетност.Това позволява на производителите да идентифицират и коригират всякакви проблеми и предоставя ценни данни за непрекъснато подобряване.
6. Автомобилни електронни печатни платки Бъдещи тенденции и предизвикателства: Бъдещето на автомобилните електронни платки ще бъде повлияно от
тенденции като миниатюризация, повишена сложност, интегриране на напреднали технологии и необходимостта от подобрени
производствени процеси.
6.1 Миниатюризация и повишена сложност: Една от важните тенденции в печатните платки на автомобилната електроника е непрекъснатият стремеж към миниатюризация и сложност.Тъй като превозните средства стават все по-модерни и оборудвани с различни електронни системи, търсенето на по-малки и по-плътни печатни платки продължава да нараства. Тази миниатюризация поставя предизвикателства при разположението на компонентите, маршрутизирането, разсейването на топлината и надеждността. Дизайнерите и производителите на печатни платки трябва да намерят иновативни решения за приспособяване към свиващи се форм-фактори, като същевременно поддържат производителността и издръжливостта на печатните платки.
6.2 Интегриране на модерни технологии: Автомобилната индустрия е свидетел на бърз напредък в технологиите, включително интегрирането на модерни технологии в превозните средства.ПХБ играят ключова роля в активирането на тези технологии, като усъвършенствани системи за подпомагане на водача (ADAS), системи за електрически превозни средства, решения за свързване и функции за автономно шофиране. Тези усъвършенствани технологии изискват печатни платки, които могат да поддържат по-високи скорости, да обработват сложни данни и да осигурят надеждна комуникация между различни компоненти и системи. Проектирането и производството на печатни платки, които отговарят на тези изисквания, е голямо предизвикателство за индустрията.
6.3 Производственият процес трябва да бъде укрепен: Тъй като търсенето на печатни платки за автомобилна електроника продължава да расте, производителите са изправени пред предизвикателството да подобрят производствените процеси, за да отговарят на по-големи производствени обеми, като същевременно поддържат високи стандарти за качество.Рационализирането на производствените процеси, подобряването на ефективността, съкращаването на времената на цикъла и минимизирането на дефектите са области, в които производителите трябва да съсредоточат усилията си. Използването на усъвършенствани производствени технологии, като автоматизирано сглобяване, роботика и усъвършенствани системи за контрол, спомага за подобряване на ефективността и точността на производствения процес. Възприемането на концепции на Индустрия 4.0 като Интернет на нещата (IoT) и анализ на данни може да осигури ценна представа за оптимизиране на процесите и предсказуема поддръжка, като по този начин увеличи производителността и производителността.
7. Добре известен производител на автомобилни платки:
Shenzhen Capel Technology Co., Ltd. създаде фабрика за платки през 2009 г. и започна да разработва и произвежда гъвкави платки, хибридни платки и твърди платки. През последните 15 години ние успешно завършихме десетки хиляди проекти за автомобилни платки за клиенти, натрупахме богат опит в автомобилната индустрия и предоставихме на клиентите безопасни и надеждни решения. Професионалните инженерни и научноизследователски екипи на Capel са експертите, на които можете да се доверите!
В обобщение,процесът на производство на PCB за автомобилна електроника е сложна и щателна задача, която изисква тясно сътрудничество между инженери, дизайнери и производители. Строгите изисквания на автомобилната индустрия изискват висококачествени, надеждни и безопасни печатни платки. Тъй като технологията продължава да напредва, печатните платки на автомобилната електроника ще трябва да отговорят на нарастващото търсене на по-сложни и усъвършенствани функции. За да останат пред тази бързо развиваща се област, производителите на печатни платки трябва да са в крак с най-новите тенденции. Те трябва да инвестират в усъвършенствани производствени процеси и оборудване, за да осигурят производството на първокласни ПХБ. Използването на висококачествени практики не само подобрява изживяването при шофиране, но също така дава приоритет на безопасността и прецизността.
Време на публикуване: 11 септември 2023 г
Назад
