Друковані плати автомобільної електроніки (PCB) відіграють важливу роль у функціональності сучасних транспортних засобів. Від керування системами двигуна та інформаційно-розважальними дисплеями до керування функціями безпеки та можливостями автономного водіння, ці друковані плати вимагають ретельного проектування та виробничих процесів для забезпечення оптимальної продуктивності та надійності.У цій статті ми заглибимося в складний шлях створення друкованих плат автомобільної електроніки, досліджуючи ключові етапи, які виконуються від початкового етапу проектування до виробництва.
1. Розуміння автомобільної електронної плати:
PCB або друкована плата автомобільної електроніки є важливою частиною сучасних автомобілів. Вони відповідають за забезпечення електричних з’єднань і підтримку різних електронних систем автомобіля, таких як блоки керування двигуном, інформаційно-розважальні системи, датчики тощо. Ключовим аспектом друкованих плат автомобільної електроніки є їхня здатність протистояти суворим умовам автомобільного середовища. Транспортні засоби піддаються екстремальним змінам температури, вібрації та електричних шумів. Тому ці друковані плати повинні бути дуже міцними та надійними, щоб забезпечити оптимальну продуктивність і безпеку. Плати автомобільної електроніки часто розробляються за допомогою спеціалізованого програмного забезпечення, яке дозволяє інженерам створювати схеми, які відповідають конкретним вимогам автомобільної промисловості. Ці вимоги включають такі фактори, як розмір, вага, енергоспоживання та електрична сумісність з іншими компонентами. Процес виробництва друкованих плат автомобільної електроніки складається з кількох етапів. Компонування друкованої плати розроблено спочатку та ретельно змодельовано та перевірено, щоб переконатися, що дизайн відповідає необхідним специфікаціям. Потім дизайн переноситься на фізичну друковану плату за допомогою таких методів, як травлення або нанесення провідного матеріалу на підкладку друкованої плати. Враховуючи складність автомобільних електронних друкованих плат, додаткові компоненти, такі як резистори, конденсатори та інтегральні схеми, зазвичай встановлюються на друковану плату для завершення електронної схеми. Ці компоненти зазвичай поверхнево монтуються на друкованій платі за допомогою автоматичних установочних машин. Особлива увага приділяється процесу зварювання, щоб забезпечити належне з’єднання та довговічність. Враховуючи важливість автомобільних електронних систем, контроль якості має вирішальне значення в автомобільній промисловості. Тому автомобільні електронні друковані плати проходять суворе тестування та перевірку, щоб переконатися, що вони відповідають необхідним стандартам. Це включає в себе електричні випробування, термоциклічні випробування, випробування на вібрацію та випробування на навколишнє середовище, щоб забезпечити надійність і довговічність друкованої плати в різних умовах.
2. Процес проектування автомобільної електронної плати:
Процес проектування друкованої плати автомобільної електроніки включає кілька важливих кроків для забезпечення надійності, функціональності та продуктивності кінцевого продукту.
2.1 Проектування схеми: Першим кроком у процесі проектування є проектування схеми.На цьому кроці інженери визначають електричні з’єднання між окремими компонентами на основі необхідних функцій друкованої плати. Це передбачає створення принципової діаграми, яка представляє схему друкованої плати, включаючи з’єднання, компоненти та їхні взаємозв’язки. Під час цього етапу інженери враховують такі фактори, як вимоги до живлення, шляхи сигналу та сумісність з іншими системами автомобіля.
2.2 Розробка компонування друкованої плати: після завершення розробки схеми проект переходить до фази проектування макета друкованої плати.На цьому етапі інженери перетворюють схему на фізичне розташування друкованої плати. Це включає визначення розміру, форми та розташування компонентів на друкованій платі, а також прокладання електричних проводів. Розробка макета повинна враховувати такі фактори, як цілісність сигналу, керування температурою, електромагнітні перешкоди (EMI) і технологічність. Особлива увага приділяється розміщенню компонентів для оптимізації потоку сигналу та мінімізації шуму.
2.3 Вибір і розміщення компонентів: після завершення початкового макета друкованої плати інженери продовжують вибір і розміщення компонентів.Це передбачає вибір відповідних компонентів на основі таких вимог, як продуктивність, енергоспоживання, доступність і вартість. Такі фактори, як автомобільні компоненти, температурний діапазон і стійкість до вібрації, є критично важливими в процесі вибору. Потім компоненти розміщуються на друкованій платі відповідно до їхніх розмірів і позицій, визначених на етапі розробки макета. Правильне розміщення та орієнтація компонентів має вирішальне значення для забезпечення ефективного складання та оптимального потоку сигналу.
2.4 Аналіз цілісності сигналу. Аналіз цілісності сигналу є важливим кроком у розробці друкованої плати автомобільної електроніки.Це включає в себе оцінку якості та надійності сигналів, коли вони поширюються через друковану плату. Цей аналіз допомагає виявити потенційні проблеми, такі як ослаблення сигналу, перехресні перешкоди, відбиття та шумові перешкоди. Для перевірки дизайну та оптимізації компонування для забезпечення цілісності сигналу використовуються різноманітні засоби моделювання та аналізу. Розробники зосереджуються на таких факторах, як довжина траси, відповідність імпедансу, цілісність живлення та контрольована маршрутизація імпедансу, щоб забезпечити точну та безшумну передачу сигналу.
Аналіз цілісності сигналу також враховує високошвидкісні сигнали та критичні шинні інтерфейси, присутні в автомобільних електронних системах. Оскільки передові технології, такі як Ethernet, CAN і FlexRay, все частіше використовуються в транспортних засобах, підтримання цілісності сигналу стає більш складним і важливим.
3. Процес виробництва автомобільних електронних друкованих плат:
3.1 Вибір матеріалу. Вибір матеріалу друкованої плати автомобільної електроніки має вирішальне значення для забезпечення довговічності, надійності та продуктивності.Використовувані матеріали повинні бути здатні витримувати суворі умови навколишнього середовища, які зустрічаються в автомобільних додатках, включаючи зміни температури, вібрацію, вологу та хімічний вплив. Зазвичай використовувані матеріали для автомобільних електронних друкованих плат включають ламінат на основі епоксидної смоли FR-4 (Flame Retardant-4), який має хорошу електричну ізоляцію, механічну міцність і чудову термостійкість. Високотемпературні ламінати, такі як поліімід, також використовуються в додатках, що вимагають надзвичайної температурної гнучкості. Вибір матеріалу також повинен враховувати вимоги схеми застосування, наприклад, високошвидкісних сигналів або силової електроніки.
3.2 Технологія виробництва друкованих плат. Технологія виробництва друкованих плат включає кілька процесів, які перетворюють конструкції на фізичні друковані плати.Процес виробництва зазвичай включає наступні етапи:
a) Передача дизайну:Дизайн друкованої плати передається в спеціальне програмне забезпечення, яке створює файли ілюстрацій, необхідні для виробництва.
б) Панелі:Об’єднання кількох дизайнів друкованої плати в одну панель для оптимізації ефективності виробництва.
в) Зображення:Покрийте панель шаром світлочутливого матеріалу та використовуйте файл ілюстрації, щоб відобразити необхідний малюнок схеми на панелі з покриттям.
г) Травлення:Хімічне травлення відкритих ділянок панелі для видалення небажаної міді, залишаючи бажані сліди схеми.
e) Буріння:Свердління отворів у панелі для розміщення проводів компонентів і отворів для з’єднання між різними шарами друкованої плати.
f) гальванічне покриття:Тонкий шар міді наноситься на панель, щоб підвищити провідність контурів і забезпечити гладку поверхню для подальших процесів.
g) Застосування паяльної маски:Нанесіть шар паяльної маски, щоб захистити мідні сліди від окислення та забезпечити ізоляцію між сусідніми слідами. Паяльна маска також допомагає забезпечити чітке візуальне розрізнення між різними компонентами та слідами.
h) Трафаретний друк:Використовуйте процес трафаретного друку, щоб надрукувати назви компонентів, логотипи та іншу необхідну інформацію на друкованій платі.
3.3 Підготуйте мідний шар: перед створенням прикладної схеми необхідно підготувати мідні шари на друкованій платі.Це передбачає очищення мідної поверхні для видалення будь-якого бруду, оксидів або забруднень. Процес очищення покращує адгезію світлочутливих матеріалів, які використовуються в процесі отримання зображень. Можна використовувати різноманітні методи очищення, включаючи механічне чищення, хімічне очищення та плазмове очищення.
3.4 Прикладна схема: коли мідні шари підготовлені, можна створити прикладну схему на друкованій платі.Це передбачає використання процесу створення зображень для перенесення потрібного малюнка схеми на друковану плату. Файл ілюстрації, згенерований дизайном друкованої плати, використовується як еталон для експонування світлочутливого матеріалу на друкованій платі ультрафіолетовому світлу. Цей процес зміцнює відкриті ділянки, утворюючи необхідні контурні сліди та прокладки.
3.5 Травлення та свердління друкованої плати: після створення контуру застосування використовуйте хімічний розчин, щоб видалити надлишок міді.Світлочутливий матеріал діє як маска, захищаючи необхідні сліди ланцюга від травлення. Далі йде процес свердління для виготовлення отворів для компонентів і переходів у друкованій платі. Отвори просвердлюються за допомогою точних інструментів, а їх розташування визначається на основі конструкції друкованої плати.
3.6 Покриття та застосування паяльної маски: після завершення процесу травлення та свердління друкована плата покривається для підвищення провідності слідів схеми.Нанесіть тонкий шар міді на відкриту поверхню міді. Цей процес покриття допомагає забезпечити надійні електричні з’єднання та збільшує довговічність друкованої плати. Після покриття на друковану плату наноситься шар паяльної маски. Паяльна маска забезпечує ізоляцію та захищає мідні сліди від окислення. Зазвичай він наноситься трафаретним друком, а місце розміщення компонентів залишається відкритим для пайки.
3.7 Випробування та перевірка друкованих плат. Останнім етапом виробничого процесу є випробування та перевірка друкованих плат.Це передбачає перевірку функціональності та якості друкованої плати. Щоб переконатися, що друкована плата відповідає необхідним специфікаціям, проводяться різні тести, такі як тестування безперервності, тестування опору ізоляції та тестування електричних характеристик. Також виконується візуальний огляд, щоб перевірити наявність будь-яких дефектів, таких як замикання, розриви, зміщення або дефекти розміщення компонентів.
Процес виробництва друкованих плат для автомобільної електроніки включає низку етапів від вибору матеріалу до тестування та перевірки. Кожен крок відіграє вирішальну роль у забезпеченні надійності, функціональності та продуктивності кінцевої друкованої плати. Виробники повинні дотримуватися галузевих стандартів і найкращих практик, щоб переконатися, що друковані плати відповідають суворим вимогам автомобільного застосування.
4. Специфічні міркування щодо автомобіля: існують деякі специфічні для автомобіля фактори, які необхідно враховувати під час проектування та
виробництво автомобільних друкованих плат.
4.1 Розсіювання тепла та управління температурою: в автомобілях ПХБ зазнають впливу високих температур через нагрівання двигуна та навколишнього середовища.Таким чином, розсіювання тепла та управління температурою є ключовими міркуваннями при проектуванні автомобільної друкованої плати. Теплогенеруючі компоненти, такі як силова електроніка, мікроконтролери та датчики, повинні бути стратегічно розміщені на друкованій платі, щоб мінімізувати концентрацію тепла. Для ефективного розсіювання тепла доступні радіатори та вентиляційні отвори. Крім того, належний потік повітря та механізми охолодження повинні бути вбудовані в конструкції автомобілів, щоб запобігти надмірному накопиченню тепла та забезпечити надійність і довговічність друкованої плати.
4.2 Стійкість до вібрації та ударів: автомобілі працюють за різних дорожніх умов і піддаються вібрації та ударам, спричиненим нерівностями, вибоїнами та нерівною місцевістю.Ці вібрації та удари можуть вплинути на довговічність і надійність друкованої плати. Щоб забезпечити стійкість до вібрації та ударів, друковані плати, які використовуються в автомобілях, мають бути механічно міцними та надійно закріпленими. Такі методи проектування, як використання додаткових паяних з’єднань, зміцнення друкованої плати епоксидною смолою або армуючими матеріалами, а також ретельний вибір вібростійких компонентів і роз’ємів можуть допомогти пом’якшити негативний вплив вібрації та ударів.
4.3 Електромагнітна сумісність (EMC): Електромагнітні перешкоди (EMI) і радіочастотні перешкоди (RFI) можуть негативно вплинути на функціональність автомобільного електронного обладнання.Тісний контакт різних компонентів в автомобілі створює електромагнітні поля, які заважають одне одному. Для забезпечення електромагнітної сумісності конструкція друкованої плати повинна включати відповідні методи екранування, заземлення та фільтрації, щоб мінімізувати випромінювання та сприйнятливість до електромагнітних сигналів. Екрануючі банки, провідні прокладки та належні методи компонування друкованої плати (наприклад, розділення чутливих аналогових і цифрових трас) можуть допомогти зменшити вплив електромагнітних перешкод і радіочастотних перешкод і забезпечити належну роботу автомобільної електроніки.
4.4 Стандарти безпеки та надійності. Автомобільна електроніка має відповідати суворим стандартам безпеки та надійності, щоб забезпечити безпеку пасажирів і загальну функціональність автомобіля.Ці стандарти включають ISO 26262 щодо функціональної безпеки, який визначає вимоги безпеки для дорожніх транспортних засобів, а також різні національні та міжнародні стандарти щодо електричної безпеки та екологічних міркувань (наприклад, IEC 60068 щодо екологічних випробувань). Виробники друкованих плат повинні розуміти та дотримуватися цих стандартів під час розробки та виробництва автомобільних друкованих плат. Крім того, слід проводити тестування на надійність, наприклад зміну температури, випробування на вібрацію та прискорене старіння, щоб переконатися, що друкована плата відповідає необхідним рівням надійності для автомобільних застосувань.
Через високі температурні умови автомобільного середовища розсіювання тепла та керування температурою є критичними. Стійкість до вібрації та ударів є важливою для того, щоб друкована плата могла витримувати суворі дорожні умови. Електромагнітна сумісність має вирішальне значення для мінімізації перешкод між різними автомобільними електронними пристроями. Крім того, дотримання стандартів безпеки та надійності має вирішальне значення для забезпечення безпеки та належного функціонування вашого автомобіля. Вирішуючи ці проблеми, виробники друкованих плат можуть виробляти високоякісні друковані плати, які відповідають особливим вимогам автомобільної промисловості.
5. Складання та інтеграція автомобільної електронної плати:
Складання та інтеграція друкованих плат автомобільної електроніки включає різні етапи, включаючи придбання компонентів, складання технології поверхневого монтажу, автоматизовані та ручні методи складання, а також контроль якості та тестування. Кожен етап допомагає виробляти високоякісні, надійні друковані плати, які відповідають суворим вимогам автомобільного застосування. Виробники повинні дотримуватися суворих процесів і стандартів якості, щоб забезпечити ефективність і довговічність цих електронних компонентів в автомобілях.
5.1 Придбання компонентів: Придбання деталей є критичним кроком у процесі складання друкованої плати автомобільної електроніки.Команда із закупівель тісно співпрацює з постачальниками, щоб знайти та придбати необхідні компоненти. Вибрані компоненти повинні відповідати визначеним вимогам щодо продуктивності, надійності та сумісності з автомобільними додатками. Процес закупівель включає визначення надійних постачальників, порівняння цін і термінів доставки, а також забезпечення автентичності компонентів і відповідності необхідним стандартам якості. Групи закупівель також враховують такі фактори, як управління моральним зносом, щоб забезпечити доступність компонентів протягом усього життєвого циклу продукту.
5.2 Технологія поверхневого монтажу (SMT): Технологія поверхневого монтажу (SMT) є кращим методом складання друкованих плат автомобільної електроніки завдяки своїй ефективності, точності та сумісності з мініатюрними компонентами. SMT передбачає розміщення компонентів безпосередньо на поверхні друкованої плати, що усуває потребу в проводах або штифтах.Компоненти SMT включають невеликі, легкі пристрої, такі як резистори, конденсатори, інтегральні схеми та мікроконтролери. Ці компоненти розміщуються на друкованій платі за допомогою автоматичної машини для розміщення. Машина точно розміщує компоненти на паяльній пасті на друкованій платі, забезпечуючи точне вирівнювання та зменшуючи ймовірність помилок. Процес SMT пропонує кілька переваг, зокрема підвищену щільність компонентів, покращену ефективність виробництва та покращені електричні характеристики. Крім того, SMT забезпечує автоматичну перевірку та тестування, забезпечуючи швидке та надійне виробництво.
5.3 Автоматичне та ручне складання. Збірка друкованих плат автомобільної електроніки може здійснюватися автоматизованими та ручними методами залежно від складності плати та конкретних вимог застосування.Автоматизоване складання передбачає використання передового обладнання для швидкого й точного складання друкованих плат. Для розміщення компонентів, нанесення паяльної пасти та паяння оплавленням використовуються автоматичні машини, такі як установки для монтажу мікросхем, принтери з паяльною пастою та печі оплавленням. Автоматизоване складання є високоефективним, скорочує час виробництва та мінімізує помилки. З іншого боку, ручне складання зазвичай використовується для невеликих обсягів виробництва або коли певні компоненти не підходять для автоматизованого складання. Кваліфіковані техніки використовують спеціалізовані інструменти та обладнання, щоб акуратно розмістити компоненти на друкованій платі. Ручне збирання забезпечує більшу гнучкість і налаштування, ніж автоматичне, але є повільнішим і більш схильним до помилок людини.
5.4 Контроль якості та тестування. Контроль якості та тестування є критично важливими етапами збирання та інтеграції друкованих плат автомобільної електроніки. Ці процеси допомагають гарантувати, що кінцевий продукт відповідає необхідним стандартам якості та функціональності.Контроль якості починається з перевірки вхідних компонентів для перевірки їх автентичності та якості. Під час процесу складання на різних етапах проводяться перевірки для виявлення та усунення будь-яких дефектів або проблем. Візуальна перевірка, автоматизована оптична перевірка (AOI) і рентгенівська перевірка часто використовуються для виявлення можливих дефектів, таких як паяні перемички, невідповідність компонентів або відкриті з’єднання.
Після складання друковану плату необхідно перевірити на її працездатність. ТПроцедури тестування можуть включати тестування при включенні, функціональне тестування, тестування в схемі та тестування навколишнього середовища для перевірки функціональності, електричних характеристик і надійності друкованої плати.
Контроль якості та тестування також передбачає відстеження, коли кожна друкована плата позначається тегом або унікальним ідентифікатором для відстеження історії її виробництва та забезпечення підзвітності.Це дозволяє виробникам виявляти та виправляти будь-які проблеми та надає цінні дані для постійного вдосконалення.
6. Автомобільна електронна друкована плата Майбутні тенденції та виклики: Майбутнє друкованої плати автомобільної електроніки залежатиме від
такі тенденції, як мініатюризація, підвищена складність, інтеграція передових технологій і потреба в покращенні
виробничі процеси.
6.1 Мініатюризація та підвищена складність: однією з важливих тенденцій у друкованих платах автомобільної електроніки є постійний поштовх до мініатюризації та ускладнення.Оскільки транспортні засоби стають більш досконалими та оснащеними різними електронними системами, попит на менші та щільніші друковані плати продовжує зростати. Ця мініатюризація створює проблеми з розміщенням компонентів, маршрутизацією, розсіюванням тепла та надійністю. Розробники та виробники друкованих плат повинні знайти інноваційні рішення для адаптації до форм-факторів, що зменшуються, зберігаючи продуктивність і довговічність друкованих плат.
6.2 Інтеграція передових технологій: автомобільна промисловість є свідком швидкого розвитку технологій, включаючи інтеграцію передових технологій у транспортні засоби.ПХБ відіграють ключову роль у створенні таких технологій, як передові системи допомоги водієві (ADAS), системи електромобілів, рішення для підключення та функції автономного водіння. Ці передові технології вимагають друкованих плат, які можуть підтримувати вищу швидкість, обробляти складні дані та забезпечувати надійний зв’язок між різними компонентами та системами. Розробка та виробництво друкованих плат, які відповідають цим вимогам, є серйозною проблемою для галузі.
6.3 Необхідно посилити виробничий процес: оскільки попит на друковані плати для автомобільної електроніки продовжує зростати, виробники стикаються з проблемою вдосконалення виробничих процесів, щоб відповідати більшим обсягам виробництва, зберігаючи при цьому високі стандарти якості.Оптимізація виробничих процесів, підвищення ефективності, скорочення тривалості циклу та мінімізація дефектів – це сфери, на яких виробникам потрібно зосередити свої зусилля. Використання передових виробничих технологій, таких як автоматизована збірка, роботизація та передові системи контролю, допомагає підвищити ефективність і точність виробничого процесу. Прийняття таких концепцій Індустрії 4.0, як Інтернет речей (IoT) і аналітика даних, може надати цінну інформацію про оптимізацію процесів і прогнозне обслуговування, тим самим підвищуючи продуктивність і продуктивність.
7. Відомий виробник автомобільних плат:
Shenzhen Capel Technology Co., Ltd. створила фабрику з виробництва друкованих плат у 2009 році та почала розробляти та виготовляти гнучкі друковані плати, гібридні плати та жорсткі плати. За останні 15 років ми успішно виконали десятки тисяч проектів автомобільних друкованих плат для клієнтів, накопичили багатий досвід в автомобільній промисловості та надали клієнтам безпечні та надійні рішення. Професійні інженерні та науково-дослідні команди Capel є експертами, яким можна довіряти!
Таким чином,Процес виготовлення друкованих плат автомобільної електроніки є складним і ретельним завданням, яке вимагає тісної співпраці між інженерами, дизайнерами та виробниками. Жорсткі вимоги автомобільної промисловості вимагають високоякісних, надійних і безпечних друкованих плат. Оскільки технологія продовжує розвиватися, друковані плати автомобільної електроніки повинні будуть задовольняти зростаючий попит на більш складні та витончені функції. Щоб випереджати цю галузь, що швидко розвивається, виробники друкованих плат повинні йти в ногу з останніми тенденціями. Їм потрібно інвестувати в передові виробничі процеси та обладнання, щоб забезпечити виробництво першокласних друкованих плат. Застосування високоякісних методів не тільки покращує враження від водіння, але й надає пріоритет безпеці та точності.
Час публікації: 11 вересня 2023 р
Назад
