汽车电子PCB特殊工艺 捷配PCB

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通常情况下,一辆汽车的设计寿命是15年,或者是20万公里 ,然而,藏在发动机舱的PCB,也就是印刷电路板,还有藏在变速箱旁的PCB,在这个期间,它要承受从-40℃到150℃的极端温差 ,并且还要承受持续振动 ,这对PCB的可靠性提出了比普通消费电子严苛百倍的要求。

耐高温基材是生存基础

发动机舱温度常常超过125℃,普通FR - 4基材在快到130℃的时候会出现玻璃化转变,这转变使得材料变脆进一步致使线路脱落。汽车电子PCB必须采用高Tg(玻璃化转变温度)基材,其有要求Tg≥170℃。某第三方测试表明了,Tg170℃的基材在处于150℃环境之下持续加热1000小时之后,抗弯强度仅仅下降5%,然而普通基材下降竟然高达是30%。要在涡轮增压器附近以及其他更为极端的位置,采用聚酰亚胺(PI)基材,这种基材的Tg能够达到260℃,它可以在短期内承受200℃的高温,以此来确保电路板在类似“烤箱”的环境中不会发生变形。

厚铜设计应对大电流冲击

针对电动车电机控制器 ,以及电池管理系统(BMS)而言 ,其需通过50 - 200A的大电流 ,普通PCB的18 - 35μm铜箔 ,会因为电阻过大 ,进而发热严重。汽车级PCB把铜层厚度提升到70 - 105μm ,这就如同将水管加粗从而减少阻力那般。某主流电动车BMS的实测数据表明 ,采用具有105μm厚铜的PCB ,在持续大电流工况下 ,其温升相比35μm铜层的时候低15℃ ,这直接降低了热失控风险 ,对高倍率充放电时的系统安全起到了保障作用。

焊点与连接必须抗振动

车辆行驶之际,所产生的振动频率处于10至2000Hz这个范围,加速度能够达到20G,平常的PCB焊点在经历10万次振动过后就有可能脱落,然而汽车电子却要求承受超过100万次(这等同于20万公里的行驶里程)。基于此,PCB的盲埋孔运用厚壁电镀工艺,孔壁的铜层厚度要大于或等于25μm,同时孔口进行圆角处理以此减少应力集中。大型元件的底部还需要涂覆“红胶”(也就是高温固化环氧树脂),其覆盖面积要达到元件底部80%以上。应用于某车载雷达的PCB,在使用红胶进行固定之后,其元件的脱落率,从百分之零点五,急剧下降到了百分之零点零一。

严苛环境需特殊防护涂层

汽车PCB的阻焊层并非仅仅是那种绿色的油漆,它更是起到保护作用的一层物质。它的厚度需要达到25至50μm,要覆盖住所有并非焊盘的区域,其使用的材料必须具备耐化学腐蚀的特性。在温度处于70℃的5%硫酸里浸泡24小时,要求阻焊层不能出现起泡的情况,并且绝缘电阻要保持在10⁹Ω以上。针对潮湿盐雾的环境,表面处理采用“化学镍金+浸锡”这种复合工艺:镍层厚度为5至8μm,起到阻挡铜扩散的作用,金层厚度是0.1至0.2μm,用以保证可焊性,外层浸锡的厚度为1至2μm,从而增强耐蚀性。经过盐雾测试可知,这种采用复合处理方式的焊点,其腐蚀面积相较于仅仅是单纯沉金工艺的情况,要少百分之八十。

极限测试确保零失效

汽车电子印刷电路板要借助一系列“极限测试”,去模拟长达15年的寿命周期。温度循环测试会在零下40摄氏度至150摄氏度之间迅速进行切换,循环结束之后要求所有导通电阻的变化小于等于10%;振动测试完毕后要用X射线检测焊点内部的空洞,合格率的要求是100%。针对与自动驾驶相关的印电路板,还得遵循ISO 26262功能安全标准,级别要达到ASIL B-D级,这就表明失效概率必须低于千万分之一每小时,所以关键的线路常常是精心施行的冗余谋划,一处出现失效的情况仍然会有相应备用的设计方案可以采用。

可靠性与成本的天平

汽车电子PCB特殊工艺 捷配PCB-有驾

位于汽车不一样的位置,PCB工艺的需求各自有着不同的侧重点:发动机舱的控制器更加注重耐高温这一特性,BMS着重于重载电流方面的要求,雷达模块重点在于具备抗振能力。就像捷配PCB借助整合高Tg材料精密加工以及厚铜板多层压合等工艺,给车企提供从样品直至量产的可靠支持。它拥有的快速打样能力能够使工程师在3天之内拿到符合150℃耐温要求的测试板,而在批量生产的时候,厚壁电镀与100%光学检测,保证了每一块板子都能够在20万公里以内保持稳定运行。每一项特殊工艺的背后,都是对于“零失效”目标的追求。跟随着800V高压平台的出现以及自动驾驶渐趋普及,PCB仍然需要去应对更高温度的挑战,还要应对更大电流的挑战。

当你于选购电动车之际,会去留意核心电子部件的可靠性验证标准吗,欢迎于评论区去分享你的看法,点赞以使更多人知晓藏于车里的“隐形安全守护者”。

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