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Traditionelle Fahrzeuge vs. mit alternativen Energieformen betriebene: Was ist der Unterschied in Bezug auf PCBs?

Die Automobilindustrie befindet sich in einem revolutionären Wandel. Aber dieser Fortschritt ist nicht ohne Herausforderungen: von der Reduzierung von Emissionen über die Entwicklung autonomer Elektroautos und -lastwagen bis hin zur Ladeinfrastruktur für Fahrzeuge. Der elektronische Teil eines Fahrzeugs, das mit alternativen Energieformen betrieben wird, ist aktiver und fortschrittlicher, sodass die Anforderungen an Leiterplatten in verschiedenen Aspekten steigen werden.

Im Vergleich zu Fahrzeugen mit herkömmlichem Kraftstoff haben neue Fahrzeuge mit alternativen Energien einen höheren Elektrifizierungsgrad, was bedeutet, dass mehr Funktionen durch elektronische Geräte ausgeführt werden müssen. Die Zuverlässigkeit elektronischer Geräte ist zum Hauptaugenmerk für die Verbesserung der Fahrzeugzuverlässigkeit und Fahrsicherheit geworden.

Bedarf an hochzuverlässigen Leiterplatten

Wie wirkt sich die Zunahme elektronischer Bauteile auf Leiterplatten (PCBs) aus? Was ist das Wichtigste im Leiterplatten-Produktionsprozess und als Einkäufer von Leiterplatten für den Automobilbereich?

Barry Fang | NCAB-Gruppe

Barry Fang, Field Application Engineer Manager der NCAB Group China, wird über Leiterplatten für die neue Generation der Automobilindustrie sprechen.

F: Welche Unterschiede gibt es in Bezug auf den Grad der Elektronik zwischen Fahrzeugen mit herkömmlichem Kraftstoff und solchen, die mit alternativen Energieformen betrieben werden?

R: Traditionelle Kraftstofffahrzeuge bestehen aus Motor, Getriebe und Rahmen, während Fahrzeuge mit alternativen Energieformen bereits das Zeitalter der Elektrifizierung erreicht haben. Aus datentechnischer Sicht belaufen sich die Kosten für die Autoelektronik bei herkömmlichen Luxusautos auf etwa 25 %, während die Kosten bei Fahrzeugen mit neuen Energieformen bei etwa 45-60 % liegen.

Die steigende Nachfrage nach Leiterplatten für Fahrzeuge mit neuen Energieformen kommt hauptsächlich von Bordladegeräten, Batteriemanagementsystemen, Spannungswandlungssystemen (DC-DC-Wandler, Wechselrichter usw.) und anderen Hoch- und Niederspannungsgeräten. Schätzungen zufolge beträgt die Gesamtfläche der PCBs, die im Verbrennungsmotor und im Getriebesystem herkömmlicher Kraftstofffahrzeuge verwendet werden, etwa 0,04 m2, während die gesamte PCB-Fläche, die für ein Kraftstofffahrzeug mit einem mäßigen Grad an Elektronik benötigt wird, etwa 0,43 m beträgt2. Allerdings erreicht nur die gesamte PCB-Fläche für antriebsbezogene Geräte 0,8 m2.

Kostenanteil elektronischer Ausrüstung in verschiedenen Fahrzeugtypen | NCAB-Gruppe

F: Worauf konzentrieren wir uns bei Leiterplattenbestellungen für die Automobilindustrie?

R: „Unser Ziel bleibt die Fahrsicherheit. Die Zuverlässigkeits- und Sicherheitsanforderungen von Automobilen sind sehr hoch, und die Anforderungen an die Zuverlässigkeit von Leiterplatten und die Anpassungsfähigkeit an die Umgebung sind sehr streng. Ihre Lieferanten müssen die IATF/16949-Zertifizierung bestehen.

Je nach Modul variiert auch unsere Herangehensweise. Beispielsweise wird das Energiesystem als Energiequelle für das gesamte Fahrzeug verwendet. Die darin enthaltene Leiterplatte muss hohe Spannungen und Ströme führen. Gleichzeitig muss beachtet werden, dass jeder Ausfall der Leiterplatte dazu führt, dass das Fahrzeug nicht mehr normal funktioniert. Daher ist es unser Ziel, für die Leiterplatte dieses Systems eine hohe Zuverlässigkeit während des Herstellungsprozesses zu gewährleisten.

In fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen (ADAS), insbesondere dem Kamera- oder Radarmodul, sind die von der Leiterplatte übertragenen Signale oft von hoher Frequenz und Geschwindigkeit, und die Qualität des Signals wirkt sich in Echtzeit direkt auf die Beurteilung des Fahrzeugs über die Umgebung aus. Daher konzentrieren wir uns in diesem Bereich auf die Integrität bzw. Qualität des Signals. Gleichzeitig sollte auch beachtet werden, dass die Leiterplatten von ADAS-Systemen relativ komplex sind und fortschrittlichere Lösungen verwendet werden, wie z. B. flexible Platinen, starre flexible Platinen, HDI-Platinen und Hybridplatinen (sie verwenden mehrere unterschiedliche Materialien). ), was bedeutet, dass der Anbieter über eine größere Kapazität verfügen muss.

„Denken Sie daran, dass jeder PCB-Fehler dazu führt, dass das Fahrzeug nicht mehr normal funktioniert. Daher ist es unser Ziel für die Leiterplatte dieses Systems, ihre hohe Zuverlässigkeit während des Herstellungsprozesses zu gewährleisten.“

Barry Fang, Field Application Engineer Manager, NCAB Group China

F: Was sind die wichtigsten Aspekte, die bei der Herstellung berücksichtigt werden müssen?

R:  Nehmen Sie als Beispiel das Stromversorgungssystem, wo die Leiterplatte hohe Spannungen und Ströme führen muss und eine hohe Zuverlässigkeit erfordert. Aus Sicht des Leiterplattenherstellungsprozesses sind die wesentlichen Aspekte:

1. In der Anfangsphase des PCB-Designs ist es wichtig, das Design des Kundenprodukts vollständig zu verstehen und entsprechend den Anforderungen des Kunden (Nennleistung, Nennspannung, Strombelastbarkeit usw.) ausreichend Spielraum zu lassen.

  • Bei Hochspannungsanforderungen sollte auf Hoch- und Niederspannungsisolierung, Luftspalt, Kriechstrecke usw. geachtet werden. um die Sicherheitsanforderungen während der Konstruktion zu erfüllen.
  • Für hohe Stromanforderungen verwenden Sie bitte ein dickes Kupferdesign, und es ist notwendig, auf Stromspannungsabfall, Stromtransportpfad, Rückkopplung, Stromversorgungsfilterung und Entkopplungsprobleme zu achten.
  • Leiterplatten, die Schlüsselkomponenten der Automobilelektronik, müssen die Anforderungen der Klasse 3 des IPC-Standards erfüllen, und die Auswahl der Komponenten muss in Übereinstimmung mit den Fahrzeugvorschriften erfolgen.

2. Während des Herstellungsprozesses müssen die Parameter, die den Strom- oder Spannungstransportwiderstand beeinflussen, zerlegt werden, um ihn bis zur spezifischen Prozessverbindung zur Kontrolle zu perfektionieren und die Herstellungsschwierigkeiten zu überwinden, die sich aus der Dicke des Kupfers ergeben. Dies spiegelt sich in der Qualität der Löcher, der Dicke des Kupferbades, der Genauigkeit der Breite und des Abstands der Leiterbahnen und der Beschichtung des Lötstopplacks wider.

Hauptaspekte, die bei Dickkupferprodukten zu berücksichtigen sind:

  • Bohren: Überwinden Sie die Herausforderungen der Kupferdicke und stellen Sie die Qualität der Bohrung sicher. Dickkupferprodukte haben einige Probleme während des Bohrvorgangs, wie z. B. leichtes Reißen der Innenschicht, übermäßige Rauheit der Lochwand oder des Nagelkopfs. Dies macht es erforderlich, ein spezielles grafisches Design anzuwenden und die Bohrparameter (Drehzahl/Vorschub/Rückzug/Bohrerlebensdauer) für solche Probleme zu optimieren, geeignete Bohrer für dicke Kupferplatten zu evaluieren und die Kombination der am besten geeigneten Parameter unter Verwendung des Design of Experiment auszuwählen ( DOE)-Test, um die Qualität der Bohrer sicherzustellen.
  • Laminierung: Stellen Sie sicher, dass das Harz vollständig gefüllt ist und während des Laminiervorgangs fest zwischen den Linien haftet, um seine Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Je dicker das Kupfer ist, desto schwieriger ist es zu laminieren, und bei High-End-Produkten muss auf die Ausrichtung zwischen den Schichten geachtet werden.
  • verkupfert: Es ist unbedingt auf die Dicke des gebohrten Kupfers und die Gleichmäßigkeit der Kupferoberfläche zu achten.
  • Verzeichnet: Je dicker das Kupfer ist, desto schwieriger wird es, die Spur aufzuzeichnen. Die Breite der Leitung und die Genauigkeit des Leiterabstands müssen kontrolliert werden, um sicherzustellen, dass sie die Strombelastbarkeits- und Spannungsfestigkeitsanforderungen erfüllt.
  • Lötstoppmaske: Wenn die Dicke des Kupfers hoch ist, können verschiedene spezielle Prozesse erforderlich sein, um die volle Dicke zu erreichen. Beispielsweise ist ein mehrfaches Drucken erforderlich, um die Kupferoberfläche und die Substratoberfläche zu trennen, um die Qualität der Lötstoppmaske sicherzustellen und ein Austreten von Kupfer oder ein Vergilben der Stifte (aufgrund einer dünnen Lötstoppmaske) zu verhindern.
  • Spezieller Entwurf: Halbmetallischer Bohrer, Metallkantendesign usw.

F: Wie sehen Sie die zukünftige Entwicklung von Fahrzeugen mit alternativen Energieformen?

R: Smart Roads + Smart Cars sind die Richtung, die intelligente Transportmittel und autonomes Fahren einschlagen werden. Auch Fahrzeuge mit alternativen Energieformen entwickeln sich in Richtung Elektrifizierung, Intelligenz, Vernetzung und Signalübertragung.

Von Anfang an ist die Technik ausgereifter. Obwohl oft gesagt wird, dass die Reichweite von Fahrzeugen, die mit alternativer Energie betrieben werden, zwischen 400 und 500 Kilometer erreicht hat, variiert die tatsächliche Reichweite. Hier ist also noch viel Luft nach oben, um die Motoreffizienz auf der Straße mit unterschiedlich komplexen Bedingungen zu optimieren. Zweitens ist das Fahrsystem einfacher zu bedienen, und das Fahrerlebnis wird zu einem Schlüsselpunkt für Autohersteller, um sich zu differenzieren und Benutzer anzuziehen. Außerdem ist die Fahrt intelligenter. Die Entwicklung des 5G+C-V2X Internet of Vehicles trägt schrittweise dazu bei, den Echtzeit-Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen und alle Faktoren, die das Fahrzeug beeinflussen können, zu verstehen, Unfälle zu reduzieren und die Verkehrsumgebung zu optimieren, um autonomes Fahren zu erreichen.

Die Entwicklung der Technologie wird unweigerlich von Iterationen oder neuen Anforderungen an elektronische Geräte begleitet, was unweigerlich zu neuen Anforderungen an Leiterplatten führen wird. Parallel dazu werden die fortschrittlichsten PCB-Lösungen wie HDIs, flexible Boards und semi-flexible Boards zunehmend zum Einsatz kommen.

Ob es um die Zuverlässigkeit der Leiterplatte oder die langfristige Berücksichtigung der Marke geht, es ist besonders wichtig, einen erfahrenen, professionellen und zuverlässigen Lieferanten zu wählen.

F: Welchen Mehrwert kann NCAB den Kunden der Automobilelektronik bieten?

R: Fahrzeuge sind nicht nur ein Reisemittel, sondern auch eng mit der persönlichen Sicherheit von Fahrern und Passagieren verbunden. Fahrzeughersteller müssen die Herkunft der in ihren Produkten verwendeten Leiterplatten kennen und kontrollieren, da sie die Grundstruktur des Produkts und die Auswirkungen auf ihren Markenruf beeinflussen.

Als vertrauenswürdiger Lieferant kann NCAB während des gesamten Prozesses, vom Design bis zur Fertigung, technischen Support und professionelle Dienstleistungen anbieten und dabei helfen, qualitativ hochwertige und zuverlässige Leiterplatten zu erstellen. In der anfänglichen Designphase verfügen wir über ein erfahrenes PCB-Designteam, das während der Designphase wertvolle Vorschläge auf Engineering-Ebene unterbreiten kann, entsprechend den spezifischen Produktanforderungen verschiedener Kunden, Optimierungen des Designs durchführen und Kunden dabei helfen, es richtig zu machen von Anfang an.

„Fortschrittlichere PCB-Lösungen wie HDIs, Flexboards und Semiflexboards werden immer häufiger zum Einsatz kommen.“

Barry Fang, Field Application Engineer Manager, NCAB Group China

Gleichzeitig stellt die Integration von Design for Excellence (DfX)-Diensten in den Designprozess sicher, dass Designdateien nahtlos an die Fabrik geliefert werden können. In der Nachfertigungsphase wählen wir die zuverlässigste und stabilste Fabrik unter der Prämisse, die Kundenanforderungen zu erfüllen, und wir werden diese Fabrik nur für die Aspekte verwenden, in denen sie sich auszeichnet. Unser Werksleitungsteam führt auch die Qualitätskontrolle durch in situ um sicherzustellen, dass Produkte wie erwartet funktionieren.

Quelle:https://www.ncabgroup.com/es/blog/vehiculos-tradicionales/