Rogers RO4350B xe chống va chạm PCB Ban

Ô tô đã phát triển từ cấu trúc cơ khí đơn giản đến sự tham gia của các bộ phận điện tử. Trở lại những năm 1970, giá trị trung bình của các bộ phận điện tử ô tô là khoảng 100 đô la. Năm 2000, giá trị này đã đạt 1.500 đô la và đã tăng lên 1.500 đô la. Năm 2013, thị trường điện tử ô tô toàn cầu đã vượt quá 150 tỷ USD. Đến năm 2020, con số này dự kiến sẽ vượt quá 240 tỷ USD.

Ngoài ra, giá trị vốn hóa thị trường của các hệ thống điện tử ô tô với vốn hóa thị trường 191 tỷ USD dự kiến sẽ tăng lên 314,4 tỷ USD vào năm 2020, với tốc độ tăng trưởng kép trung bình là 7,3%. Những chiếc xe hàng đầu có thể chứa 150 bộ điều khiển điện tử, hầu hết trong số đó là cảm biến và bộ xử lý trong buồng lái. Theo một số báo cáo, 65% giá trị thực của thiết bị điện tử nằm trong hệ thống truyền động, thân xe và khung gầm, hầu hết trong số đó liên quan đến nguồn điện kỹ thuật số. Giá trị điện tử của xe điện sẽ vượt quá 70%.

Xe ô tô được trang bị thiết bị điện tử phải sử dụng bảng mạch. Trong năm 2014, PCB ô tô toàn cầu chiếm 4,6 tỷ đô la và dự kiến sẽ vượt quá 7 tỷ đô la vào năm 2020.

Việc áp dụng các hệ thống xe nhằm mục đích cải thiện hiệu suất của xe hiện đang được thể hiện trong ba lĩnh vực: A. Cải thiện môi trường đề cập đến quá trình tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải, tức là từ xăng, khí đốt tự nhiên và nhiên liệu sinh học đến hybrid và điện tinh khiết. Xe điện đã trở thành xu hướng phát triển chính. b. Cải tiến an toàn đề cập đến việc giảm tai nạn giao thông, từ túi khí đến giám sát radar, camera stereo, giám sát hồng ngoại ban đêm, chống va chạm tự động và lái xe tự động. Người ta ước tính rằng xe tự lái sẽ được thương mại hóa trong vòng ba năm tới. c. Thuận tiện và thoải mái, từ âm thanh, video và điều hòa không khí dành riêng cho ô tô đến máy tính, thông tin liên lạc di động, Internet, điều hướng và sạc điện tử, tất cả đều phải thuận tiện hơn và thân thiện với người dùng.

Yêu cầu cơ bản của PCB ô tô

Yêu cầu đảm bảo chất lượng

Các nhà sản xuất PCB ô tô phải tuân thủ ISO 9001. Các nhà sản xuất PCB tuân thủ đầy đủ hệ thống quản lý chất lượng ISO9001: 2008 và cam kết tuân thủ các tiêu chuẩn nghiêm ngặt nhất trong sản xuất và lắp ráp.

Sản phẩm ô tô có những đặc điểm riêng. Năm 1994, Ford, General Motors và Chrysler thiết lập hệ thống kiểm soát chất lượng QS9000 trong ngành công nghiệp ô tô. Vào đầu những năm 2000, với sự tương thích của tiêu chuẩn ISO 9001, một hệ thống kiểm soát chất lượng mới trong ngành công nghiệp ô tô đã được phát hành, cụ thể là ISO/iatf16949.

ISO/iatf16949 là một bộ quy định kỹ thuật áp dụng cho ngành công nghiệp ô tô trên toàn thế giới. Dựa trên các yêu cầu đặc biệt của ISO 9001 và ngành công nghiệp ô tô, nó tập trung nhiều hơn vào phòng ngừa khuyết tật và giảm biến động chất lượng và chất thải trong chuỗi cung ứng phụ tùng ô tô. Khi thực hiện ISO/iatf16949, cần đặc biệt chú ý đến năm công cụ chính sau: PPAP (Quy trình phê duyệt các bộ phận sản xuất), quy định rằng sản phẩm phải được khách hàng chấp thuận trước hoặc sau khi sản xuất hàng loạt; APQP (Advanced Product Quality Plan) quy định rằng kế hoạch chất lượng và phân tích chất lượng trước đó phải được thực hiện trước khi sản xuất, tiếp theo là phân tích FMEA (Failure Mode and Impact Analysis) và các biện pháp được đề xuất để ngăn chặn sự thất bại tiềm ẩn của sản phẩm. MSA (Phân tích hệ thống đo lường) phải phân tích những thay đổi trong kết quả đo để xác nhận độ tin cậy của phép đo, SPC (Kiểm soát quy trình thống kê) nắm vững quy trình sản xuất và sử dụng các kỹ thuật thống kê để thay đổi chất lượng sản phẩm. Do đó, bước đầu tiên của các nhà sản xuất PCB vào thị trường điện tử ô tô là nhận được giấy chứng nhận iatf16949.

Các yêu cầu cơ bản về hiệu suất

a. Độ tin cậy cao

Độ tin cậy của xe chủ yếu đến từ hai khía cạnh: tuổi thọ và khả năng chống chịu môi trường. Trước đây có nghĩa là hoạt động bình thường có thể được đảm bảo trong suốt cuộc đời, trong khi sau này có nghĩa là chức năng PCB vẫn không thay đổi khi môi trường thay đổi.

Trong những năm 1990, tuổi thọ trung bình của một chiếc xe là 8-10 năm và bây giờ là 10-12 năm, có nghĩa là hệ thống điện tử ô tô và PCB nên nằm trong phạm vi đó.

Trong quá trình áp dụng, chiếc xe phải chịu được những tác động của biến đổi khí hậu, từ mùa đông cực lạnh đến mùa hè nóng, từ ánh nắng mặt trời đến mưa, và những thay đổi môi trường gây ra bởi nhiệt độ tăng do tự lái xe. Nói cách khác, hệ thống điện tử ô tô và PCB phải chịu đựng nhiều thách thức môi trường khác nhau, bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, mưa, sương mù axit, rung, nhiễu điện từ và tăng dòng điện. Ngoài ra, vì PCB được lắp ráp trong xe, nó chủ yếu bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm.

b. Trọng lượng nhẹ và kích thước nhỏ

Xe mini nhẹ có lợi cho tiết kiệm năng lượng. Trọng lượng nhẹ bắt nguồn từ việc giảm trọng lượng của từng bộ phận. Ví dụ, một số bộ phận kim loại được thay thế bằng các bộ phận nhựa kỹ thuật. Ngoài ra, thiết bị điện tử ô tô và PCB nên được thu nhỏ. Ví dụ, ECU (Bộ điều khiển điện tử) có thể tích khoảng 1200 cm3 trong các ứng dụng ô tô, bắt đầu vào năm 2000 và nhỏ hơn 300 cm3, giảm bốn lần. Ngoài ra, súng điểm xuất phát đã chuyển từ súng cơ khí được kết nối bằng dây sang súng điện tử được kết nối bằng dây linh hoạt được trang bị PCB bên trong, giảm hơn 10 lần khối lượng và trọng lượng.

Trọng lượng nhẹ và thu nhỏ PCB đến từ sự gia tăng mật độ, giảm diện tích, giảm độ dày và nhiều lớp.

Thuộc tính hiệu suất của PCB ô tô

PCB ô tô khác nhau

Ô tô kết hợp các thiết bị cơ khí và điện tử. Công nghệ ô tô hiện đại kết hợp công nghệ truyền thống và khoa học tiên tiến như các bộ phận nội thất bằng tay và GPS tiên tiến. Trong ô tô hiện đại, các thiết bị điện tử ở các vị trí khác nhau có các chức năng khác nhau và các loại PCB khác nhau dẫn đến các chức năng khác nhau.

Theo vật liệu cơ bản, PCB ô tô có thể được chia thành hai loại: PCB gốm vô cơ và PCB nhựa hữu cơ. Với khả năng chịu nhiệt độ cao và ổn định kích thước tốt, bảng mạch in bằng gốm có thể được áp dụng trực tiếp cho hệ thống động cơ nhiệt độ cao. Tuy nhiên, nó được đặc trưng bởi khả năng sản xuất gốm kém và chi phí cao. Hiện nay, với sự phát triển của vật liệu chất nền nhựa trong khả năng chịu nhiệt, PCB gốc nhựa đã được sử dụng rộng rãi trong ô tô với hiệu suất khác nhau và vật liệu chất nền ở các vị trí khác nhau.

Nói chung, PCB linh hoạt và PCB cứng nhắc được sử dụng trong các thiết bị đo phổ biến cho biết tốc độ và quãng đường cũng như các thiết bị điều hòa không khí. PCB hai lớp hoặc nhiều lớp và PCB linh hoạt được sử dụng trong các thiết bị giải trí âm thanh và video trong xe hơi. Thiết bị định vị không dây và truyền thông cũng như thiết bị điều khiển an toàn sử dụng PCB nhiều lớp, bảng mạch in HDI và Flex PCB. Đối với hệ thống điều khiển động cơ ô tô và hệ thống điều khiển truyền tải điện, nên sử dụng các tấm đặc biệt như chất nền kim loại và PCB linh hoạt cứng nhắc. Đối với ô tô mini, nên sử dụng PCB nhúng thành phần. Ví dụ, bộ điều khiển nguồn nên sử dụng chip vi xử lý được nhúng trực tiếp vào bộ điều khiển nguồn PCB. Một ví dụ khác, PCB của các thành phần nhúng cũng được sử dụng trong các thiết bị định vị và thiết bị hình ảnh lập thể của hệ thống hỗ trợ tự động.

Yêu cầu độ tin cậy khác nhau cho PCB ở các vị trí khác nhau

Đối với an toàn công cộng, ô tô nằm trong danh mục các sản phẩm có độ tin cậy cao. Do đó, ngoài các yêu cầu chung như kích thước, kích thước, tính chất cơ học và điện, PCB ô tô phải vượt qua một số thử nghiệm độ tin cậy.

a. Kiểm tra chu kỳ nhiệt (TCT)

Dựa trên năm cấp độ được phân chia bởi các vị trí khác nhau của xe, nhiệt độ chu kỳ nhiệt PCB được tóm tắt trong Bảng 1 dưới đây.

Nhiệt độ chu kỳ nhiệt PCB

b. Kiểm tra sốc nhiệt

PCB ô tô đang ngày càng được sử dụng trong môi trường nhiệt độ cao, đặc biệt là PCB đồng dày phải xử lý nhiệt bên ngoài và tự sưởi ấm. Do đó, PCB ô tô có yêu cầu cao hơn về khả năng chịu nhiệt.

c. Kiểm tra độ lệch nhiệt độ và độ ẩm (THB)

Vì PCB ô tô nằm trong một số môi trường, bao gồm mưa hoặc ẩm ướt, nên cần phải kiểm tra THB trên chúng. Các điều kiện thử nghiệm bao gồm các yếu tố sau: nhiệt độ (85 độ C), độ ẩm (85% RH) và thiên vị (DC 24V, 50V, 250V hoặc 500V).

Thử nghiệm THB phải xem xét di chuyển caf của PCB. Caf thường xảy ra giữa các đường liền kề, đường liền kề hoặc các lớp liền kề, dẫn đến giảm cách nhiệt hoặc thậm chí ngắn mạch. Điện trở cách điện tương ứng phụ thuộc vào khoảng cách giữa các lỗ thông qua, dây và lớp.

Tính năng sản xuất PCB ô tô

Chất nền tần số cao

Hệ thống an toàn phanh dự đoán/chống va chạm ô tô hoạt động như một thiết bị radar quân sự. Vì PCB ô tô chịu trách nhiệm truyền tín hiệu tần số cao vi sóng, nên cần phải sử dụng chất nền với tổn thất điện môi thấp với vật liệu chất nền thông thường PTFE. Không giống như vật liệu FR4, PTFE hoặc vật liệu ma trận tần số cao tương tự đòi hỏi tốc độ khoan đặc biệt và tốc độ cho ăn trong quá trình khoan.

Đồng dày PCB

Các thiết bị điện tử ô tô mang lại nhiều năng lượng nhiệt hơn do mật độ cao, công suất cao và hybrid, trong khi xe điện có xu hướng yêu cầu hệ thống truyền tải điện tiên tiến hơn và nhiều chức năng điện tử hơn, đặt ra yêu cầu cao hơn về tản nhiệt và dòng điện cao.

Tương đối dễ dàng để làm PCB hai lớp bằng đồng dày, trong khi làm PCB nhiều lớp bằng đồng dày thì khó hơn nhiều. Điều quan trọng là khắc hình ảnh đồng dày và lấp đầy khoảng trống dày.

Các đường dẫn bên trong của PCB nhiều lớp bằng đồng dày là đồng dày, vì vậy màng quang khô chuyển mô hình cũng tương đối dày, đòi hỏi khả năng chống ăn mòn cao. Mô hình khắc đồng dày sẽ mất một thời gian dài, thiết bị khắc và điều kiện kỹ thuật ở trạng thái tốt nhất để đảm bảo hệ thống dây hoàn chỉnh của đồng dày. Khi dây đồng dày bên ngoài được sản xuất, nó có thể được kết hợp giữa một lớp lá đồng tương đối dày và một lớp đồng dày đồ họa, sau đó có thể được khắc khoảng cách màng. Màng chống khô được mạ hoa văn cũng tương đối dày.

Sự khác biệt bề mặt lớn giữa dây dẫn bên trong của PCB nhiều lớp đồng dày và vật liệu chất nền cách điện. Lamination bảng nhiều lớp thông thường không thể lấp đầy nhựa hoàn toàn và tạo ra khoang. Để giải quyết vấn đề này, nên sử dụng một pre-nhúng mỏng với hàm lượng nhựa cao nhất có thể. Độ dày đồng của hệ thống dây bên trong của một số PCB nhiều lớp không đồng đều, và các vật liệu pre-nhúng khác nhau có thể được sử dụng ở những khu vực có sự khác biệt lớn hoặc nhỏ về độ dày đồng.

Nhúng thành phần

Để tăng mật độ lắp ráp và giảm kích thước thành phần, PCB của các thành phần nhúng được sử dụng rộng rãi trong điện thoại di động, đây cũng là những gì các thiết bị điện tử khác cần. Do đó, PCB nhúng thành phần cũng được sử dụng trong các thiết bị điện tử ô tô.

Tùy thuộc vào phương pháp nhúng thành phần, có rất nhiều phương pháp sản xuất cho các thành phần nhúng PCB. Các linh kiện nhúng PCB được sử dụng trong các thiết bị điện tử ô tô chủ yếu có bốn phương pháp sản xuất, như trong hình 1 dưới đây.

Thành phần nhúng PCB chủ yếu có bốn phương pháp sản xuất

Trong các loại sản xuất này, loại đào (loại A trong Hình 1) tuân theo quy trình sau: đào, sau đó lắp ráp SMD bằng chất kết dính trở lại hoặc dẫn điện. Loại nhiều lớp (loại B trong hình 1) đạt được bằng cách chảy ngược các thành phần SMD mỏng trên mạch nội bộ hoặc đề cập đến sản xuất các thành phần mỏng. Loại gốm (loại C trong hình) đề cập đến các thành phần màng dày được in trên bề mặt gốm. Các loại mô-đun (loại D trong Hình 1) tuân theo các bước sau: Lắp ráp SMD thông qua gói reflow và nhựa. Các thành phần mô-đun nhúng PCB có độ tin cậy cao, phù hợp hơn cho các yêu cầu của ô tô về khả năng chịu nhiệt, độ ẩm và độ rung.

Công nghệ HDI

Một trong những tính năng chính của điện tử ô tô là giải trí và liên lạc, trong đó điện thoại thông minh và máy tính bảng yêu cầu PCB HDI. Do đó, các công nghệ có trong HDI PCB (như khoan lỗ siêu nhỏ, mạ điện và định vị cán) được áp dụng trong sản xuất PCB ô tô.

Cho đến nay, ứng dụng PCB sẽ phát triển theo cấp số nhân với những thay đổi nhanh chóng trong công nghệ ô tô và các chức năng điện tử ô tô tiếp tục được nâng cấp. Các kỹ sư và nhà sản xuất PCB phải tập trung vào công nghệ mới và nội dung mới để đáp ứng các yêu cầu ô tô cao hơn.