Otomotiv Elektroniği
Otomotiv Elektroniği
Otomotiv Elektronik Ürün ve Hizmet sağlayıcıları için Ana Tasarım ve Üretim Zorlukları
Geniş Çalışma Sıcaklığı Aralığı
Otomotivin çalışma ortamı bile çetindir. Motor bölmesinin sıcaklık aralığı -40°C ile 150°C arasındadır. Bu nedenle, otomotiv yongaları ve devre kartlarının bu geniş sıcaklık aralığını karşılaması gerekirken, tüketici yongalarının yalnızca 0°CC~70°C çalışma ortamını karşılaması gerekir. Dahası, araçlar dünya çapında satılmaktadır ve farklı bölgeler genellikle sıcaklık ve nem gibi farklı çevresel özelliklere sahiptir. Bu nedenle, bazı üreticiler belirli ortamlar için PCB üretse de, otomotiv PCB'leri farklı ortamlara uyum sağlayabilmelidir.
Uzun Ürün Yaşam Döngüsü
Bir otomobil ürününün tasarım ömrü daha uzundur. Cep telefonlarının kullanım ömrü 3 yıl olmakla birlikte en fazla 5 yılı geçmemektedir. Buna karşılık, otomobillerin tasarım ömrü genellikle yaklaşık 15 yıl veya 200,000 kilometredir, bu da tüketici elektroniği ürünlerinin yaşam gereksinimlerinden çok daha uzundur. Bu nedenle, otomotiv ürün yaşam döngüsü 15 yıldan fazla olmalı, tedarik döngüsü ise 30 yıl kadar uzun olabilir.
Yüksek güvenilirlik
Kartlara monte edilen PCB ve bileşenlerin, çalışma ve ömür güvenliği ile ilgili olduğu için yüksek güvenilirlik standartlarına uyması gerekir. Genel olarak otomobiller, istikrarlı performansa sahip güçlü malzemelerden yapılır ve zorlu ortamlarda iyi çalışabilir.
Zorlu Bir Ortama Uyum Sağlayın
Araç yolda daha fazla titreşim ve şokla karşılaşacak; aracın elektronik sisteminin aşındırıcı asit, organik çözücü, tuzlu su vb. gibi çeşitli kimyasal korozyon tehdidine direnmesi gerekir. Bu nedenle devrelerin belirli bir korozyon önleyici özelliği olmalıdır; elektronik sistem, otomotiv devre kartlarının yıllarca çalışma sırasında kir birikmesine karşı direnç göstermesini sağlar. Genellikle otomotiv PCBA üreticileri, bu PCBA'yı tozlu ortamlarda bile kullanabilmemiz için tahtada kiri önlemek için özel laminatlar kullanır.
Yüksek Güvenlikli İstekler
Otomotiv, konforu sağlamanın yanı sıra, tüm araç sisteminin güvenliğini ve hatta sıfır hata sağlamalıdır. Ayrıca elektrikli araçların yaygınlaşmasıyla birlikte bilgi güvenliğinin önemi giderek daha fazla ön plana çıkıyor. Gerçek zamanlı çevrimiçi bir cihaz olarak, araç içi ağ ile iletişim de dahil olmak üzere, onunla ağ arasındaki iletişim, veri şifrelemesi gerektirir.
Ortak otomotiv elektroniği standartları nelerdir?
Otomotiv endüstrisinin tarihine bakıldığında, otomotiv elektroniği, otomotiv kontrol sistemleri için en önemli destekleyici temel haline geldi ve otomotiv elektrifikasyonu, otomotiv endüstrisi devriminin bir sembolü haline geldi. Endüstri zeka, ağ oluşturma ve derin elektronikler yönünde gelişecektir. Karmaşık bir endüstriyel ürün olarak, kullanım ortamı genellikle elektronik ekipman ve ünitelerin dayanıklılığını ve operasyonel performansını etkiler. Bu nedenle, otomotiv elektronik bölümlerinin çevresel güvenilirliği, otomotiv güvenilirliğinin temel konularından biri haline gelmiştir.
ISO Standartları
Otomotiv elektroniği ürünlerinin uygulama ortamı elektromanyetik, elektriksel, iklimsel, mekanik, kimyasal vb. içerir. Şu anda, ISO tarafından formüle edilen otomotiv elektroniği için standart çevre koşulları ve test standartları temel olarak aşağıdaki hususları içerir:
ISO-16750 1: Karayolu taşıtları – Elektrikli ve elektronik ürünler için çevresel koşullar ve testler: Genel
ISO16750-2: Karayolu taşıtları – Elektrikli ve elektronik ürünler için çevresel koşullar ve testler: Güç kaynağı ortamı
ISO16750-3: Karayolu taşıtları – Elektrikli ve elektronik ürünler için çevresel koşullar ve testler: Mekanik ortam
ISO16750-4: Karayolu taşıtları – Elektrikli ve elektronik ürünler için çevresel koşullar ve testler: İklimsel ortam
ISO16750-5: Karayolu taşıtları – Elektrikli ve elektronik ürünler için çevresel koşullar ve testler: Kimyasal ortam
ISO20653 Yabancı cisimlere, suya ve temasa karşı otomotiv elektronik ekipman koruma seviyesi
ISO21848 Karayolu taşıtları – 42V besleme gerilimine sahip elektrikli ve elektronik ekipman güç kaynağı ortamı
AEC serisi standartları
Bu standartlar en çok otomobilde kullanılan bileşenlere odaklanmıştır. 1990'larda Chrysler, Ford ve General Motors, ortak bir parça nitelikleri ve kalite sistem standartları seti oluşturmak için Otomotiv Elektroniği Konseyi'ni (AEC) kurdu. AEC, kalite kontrol için standartlar oluşturdu. Çip Stres Testi için AEC-Q-100 Nitelikli Spesifikasyonu, AEC'nin ilk standardıdır. AEC-Q-100, 1994'te yayınlandı. Yukarıdaki üç otomobil üreticisi, AEC spesifikasyonlarını aynı anda karşılayan parçaları benimseyebildiğinden, parça üreticilerinin ürün karakteristik verilerini değiş tokuş etme isteklerini destekledi ve otomobil parçalarının evrenselliğini hayata geçirdi. AEC standardı, yavaş yavaş otomotiv elektronik bileşenleri için genel bir test spesifikasyonu haline geldi. 10 yılı aşkın geliştirme sürecinin ardından AEC-Q-100, otomotiv elektronik sistemleri için ortak bir standart haline geldi. AEC-Q-100'den sonra, ayrık bileşenler için AEC-Q-101 ve pasif bileşenler için AEC-Q-200 gibi spesifikasyonların yanı sıra AEC-Q001/Q002/Q003/Q004 gibi yol gösterici ilkeler formüle edilmiştir.
TS16949
TS16949, uluslararası otomobil endüstrisinin teknik şartnamesidir. ISO9001'e dayanmaktadır ve otomotiv endüstrisinin teknik özelliklerini eklemiştir. Bu spesifikasyon, ISO9000:2008 ile uyumludur, ancak daha çok kusur önlemeye ve otomobil parçaları tedarik zincirinde meydana gelmeye meyilli kalite dalgalanmalarını ve israfı azaltmaya odaklanır. ISO/TS16949 standardının uygunluğu ve uygulanabilirliği çok açıktır. Yalnızca otomobil üreticileri ve onların doğrudan yedek parça üreticileri için geçerlidir. Yani bu üreticilerin doğrudan otomobil üretimi ile ilgili olması gerekir ve işleme ve imalat faaliyetleri yürütebilir. Bu aktivite, ürünlerin değer katmasını sağlar. Aynı zamanda, sertifikalı şirket üreticilerinin nitelikleri konusunda da katı kısıtlamalar vardır. Tasarım merkezleri, şirket genel merkezi ve dağıtım merkezleri gibi yalnızca destek işlevlerine sahip olan veya araç üreticileri veya otomobil parçası üreticileri için ekipman ve alet üreten birimler sertifikalı değildir. Beş büyük denetim kurumu, ISO/TS16949:2009 sertifikasyonunu IATF adına yönetir ve bunlar, dünya çapında tamamen tek tip bir standart ve operasyon oluşturmak üzere ISO/TS16949 spesifikasyonunun işleyişini ve uygulanmasını denetlemek için aynı prosedürel yaklaşımı kullanır.
Otomotiv Elektroniğinde Ne Tür PCB'ler var?
Elektrikli otomobillerin tutarlı, vazgeçilmez ve yenilikçi gereksinimleri vardır. Şimdi Tesla inovasyon dalgasına öncülük ediyor. Ancak elektrikli otomobillerdeki herhangi bir üretim ve tasarım yeniliği, son derece dayanıklı, güvenilir ve sağlam PCB uygulamaları gerektirir. Yüksek performanslı otomotiv PCB gereksinimleri, zorlu sürüş koşullarına önemli ölçüde dayanabilir ve büyüyen yeni enerjili sürüş sistemlerinin yenilikleri için bir katalizör olabilir.
Elektrikli araçlara yönelik PCB talebi, esas olarak güç aktarma sistemi ile ilgili ekipmanlardan (yerleşikler, akü yönetim sistemleri (BMS), voltaj dönüştürme sistemleri (DC-DC, invertörler, vb.) ve diğer yüksek voltajlı ve düşük voltajlı cihazlardan gelir. Ayrıca milimetre dalga radarı, akıllı sürüş ve hatta otonom sürüşü gerçekleştirmek için önemli bir algılama cihazıdır ve diğer sensörlere kıyasla bariz avantajları vardır.
Yüksek güçlü bakır kaplı PCB'ler, gelişmekte olan endüstrinin en yaygın kullanılan PCB uygulamalarından biridir. Esnek PCB'ler, HDI PCB'ler ve LED PCB'ler, AC/DC güç dönüştürücüler, ses ve video, dijital ekranlar, fren sistemleri, otomatik karartma, elektronik ayna kontrolü, otomotiv aydınlatması ve Motor zamanlama sistemi ve uzaktan teşhis sisteminde kullanılan başlıca uygulamalardır. Eashub, otomotiv ürünü için aşağıdaki çözümleri sunar:
| PCB Türü | Çok Katmanlar | LED | Yüksek frekans | Alüminyum | kalın bakır | Yüksek Tg | HDI | Esnek | Sert Esnek |
| Otomotiv | x | x | x | x | x | x | x | x | x |
Otomotiv PCB'miz
Katmanlar: 8 L Kalınlık: 1.2 mm
Dış Katman Bakır Kalınlığı: 1 OZ
İç Katman Bakır Kalınlığı: 1 OZ
Min Delik Boyutu: 0.15mm Min Çizgi Genişliği/Boşluk: 3mil
Yüzey İşlem: ENIG Uygulama: GPS Navigasyon
Katmanlar: 8 L Kalınlık: 1.6 mm
Dış Katman Bakır Kalınlığı: 1 OZ
İç Katman Bakır Kalınlığı: 1 OZ
Min Delik Boyutu: 0.25mm
Min Çizgi Genişliği/Boşluğu: 4mil
Yüzey İşlem: ENIG
Uygulama: GPS
Katmanlar: 6 L Kalınlık: 1.6 mm
Dış Katman Bakır Kalınlığı: 1 OZ
İç Katman Bakır Kalınlığı: 1 OZ
Min Delik Boyutu: 0.25mm
Min Çizgi Genişliği/Boşluğu: 4mil
Yüzey İşlem: ENIG Uygulama: Eğlence
Eashub'ın Otomotiv Elektroniği Montaj Yetenekleri
Eashub'un otomotiv endüstrisinde uzun yıllara dayanan bir deneyimi var. PCBA tasarım ortaklarımız dünyanın en büyük EV pazarında hızla çoğalıyor. Eashub'un stratejik EMS ortağı, dünyanın en büyük otomotiv ürünleri fason üretim tedarikçisi sıralamasında ilk 5'te yer almaktadır. Fabrika paydaşlarımız olan Volkswagen, BOSCH, SAIC Motor vb. ve Kara Grup'a hizmet verme konusunda uzun yıllara dayanan deneyime sahiptir. Aynı zamanda Denso ve Honda otomotivine hizmet veren geçmişiyle Japonya'nın önde gelen EMS şirketlerinden biridir.
Önde gelen endüstri nitelikleri:
Fabrika, TS16949, ISO9001, ISO14001 ANSI/ESD S20.20 sertifikalarına sahiptir.
Tam süreç yeteneği:
– BGA ve Mikro BGA yerleşimi
– Kablo ve Harness Grupları
– Kutu monte edilmiş
– IC programlama
– BİT/FCT
– Röntgen muayenesi
- AOI
Otomotive özel süreç
– 100. Sınıf Temiz Oda
– Seçici Lehim Dalgası
– Yüksek Gerilim Testi
– Yaşlanma testi
– Konformal Kaplama
– Sulu Yıkama
– Üçüncü Taraf Güvenilirlik Testi
Otomotiv ürün üretimi ile ilgili diğer ipuçları
Otomotiv PCB'lerinin üretiminde PCB arızasına hangi faktörler neden olabilir, ortak çevresel yükler ve PCB montajı ve olası arıza modları aşağıdaki gibidir:
Olası arıza modları
- Kaplamalı delikler veya dahili bakır çatlaklar
- Dış bakır tabakada çatlaklar
- Mikrovia Çatlakları
- Yarı sertleşmiş çatlaklar
- Lehim maskesi çatlak
PCB Yüzeyinde Elektrokimyasal Göç
- PCB çevresel yükü
- Sıcaklık döngüsü ve depolama
- bükme
- şok
- nem
- Birkaç yükün kombinasyonu
- Laminasyon teknolojisi
Yukarıdaki faktörler, otomotiv PCB üretiminin güvenilirliğini etkileyecektir. Yüksek kaliteli otomotiv PCB'leri üretmek için otomotiv PCB'lerinin performans gereksinimlerini ve yüksek kaliteyi sağlamak için bunların nasıl test edileceğini anlayalım.
Kompakt boyut ve hafif
Otomotivin boyutunu ve ağırlığını makul ölçüde azaltmak daha fazla yakıt, elektrik, enerji tasarrufu sağlayabilir ve çevre korumasını iyileştirebilir. Bu nedenle, otomotivin boyutu giderek daha kompakt hale geliyor. Otomotivin genel boyutunun küçülmesi nedeniyle, otomotiv PCB'si kaçınılmaz olarak daha kompakt ve daha hafif hale gelecektir.
Yüksek güvenilirlik
Otomotiv PCB'sinin yüksek güvenilirliği, otomotivin normal hizmet ömrü içinde PCB'nin farklı karmaşık ortamlar karşısında iyi ve istikrarlı bir performans sergileyebileceği anlamına gelir. Başka bir deyişle, otomotiv PCB'leri, nem direnci, su direnci, ısı direnci, korozyon direnci, titreşim direnci ve elektromanyetik girişim direnci dahil olmak üzere çeşitli çevresel arayüzlere dayanabilmelidir.
Otomotiv PCB güvenilirliği, güvenliğimizle yakından ilgilidir, bu nedenle otomotiv PCB'leri üretilirken çeşitli güvenilirlik testlerinden geçilmelidir. Farklı konumlardaki otomotiv PCB'leri, farklı güvenilirlik testleri gerektirir. Yaygın testler şunları içerir:
1) Termal şok testi
Otomotiv PCB'leri normalde harici ısıdan veya kendiliğinden oluşan ısıdan kaynaklanan yüksek sıcaklıktan kaynaklanan yüksek sıcaklıktaki bir ortamda çalışmalıdır. Otomotiv PCB'leri, ısıdaki ani değişikliklerin şokuna dayanmalı ve otomotiv PCB'leri üzerinde termal şok testleri yapmamız gerekiyor.
2) Termal çevrim testi
Otomotivin farklı konumlarına göre PCB termal çevrim testinin farklı seviyeleri vardır. Yaygın olarak kullanılan PCB termal çevrim sıcaklıkları aşağıdaki gibidir:
Konum | Sınıf | Düşük sıcaklık | Yüksek sıcaklık |
Koltuğun içinde | a | -40 ℃ | 85 ℃ |
Motor koruma kapağı | b | -40 ℃ | 125 ℃ |
Motor | c | -40 ℃ | 145 ℃ |
transmisyon | d | -40 ℃ | 155 ℃ |
Makine bölümü | e | -40 ℃ | 165 ℃ |
3) Sıcaklık ve nem sapma testi
Otomotiv üreticileri bu sorunu çözmek için çeşitli önlemler almış olsa da, sıcaklık ve nemdeki değişiklikler otomotiv PCB'lerinin arızalanmasına neden olan temel faktörlerden biridir; gibi:
- Optimize edilmiş malzemeler
- Kendinden ısıtmalı
Ancak kendi kendine ısıtma genellikle yalnızca otomotiv normal çalışırken, otomotiv çalışmıyorsa ve günler veya haftalarca yüksek gelgit, yüksek derecede aşındırıcı ortam gibi çok sert bir ortamda park edilmişse kullanılır. Daha sonra plastik veya atmosferik kompanzasyon bileşenleri aracılığıyla elektronik ürünlerin içine nem veya aşındırıcı gaz girebilir. O zaman nemin de PCB'nin yüzeyi ve iç yapısı üzerinde önemli bir etkisi olacak ve arızalanmasına neden olacaktır. Öyleyse sıcaklık, nem ve önyargıdan (THB) kaynaklanan PCB arızasının bazı ayrıntılarını anlayalım.
Aşağıdaki resim PCB yoğuşması (su yoğuşması) sırasında iletken kristallerin büyümesini göstermektedir.
Yoğunlaşma olmasa bile, katı malzemeler kullanılmadığında yüksek nem elektrik kısa devresine neden olabilir. Yüzey Yalıtım Direnci (SIR) düşebilir ve potansiyel olarak elektronik aksamın arızalanmasına neden olabilir. EASHUB'ın yöntemi, simülasyon ve deneysel testler yoluyla koruyucu kapağın (metal veya plastik kasa) içindeki sıcaklık ve nem koşullarını tam olarak anlamaktır.
Öte yandan, EASHUB kullanılan malzemeleri (PCB'ler, cihazlar, akılar, termal arayüz malzemeleri veya konformal kaplamalar gibi) test eder ve IPC-9202'deki SIR test yöntemine göre farklı sıcaklık ve nem koşulları altında elemanlar tasarlar.
EASHUB, ECU'daki yerel nemin gerçek durumunu tahmin etmek için verimli bir simülasyon modeli kullanır.
Malzeme ve tasarımın SIR'sini en zorlu koşullar altında kapalı bir muhafaza içinde belirledik.
PCB tasarım elemanlarının ve malzemelerinin güvenli ve güvenilir olmasını sağlamak, böylece yaşam döngüsü boyunca otomotiv PCB'sinin güvenilirliğini sağlamak.
THB testi, PCB'nin CAF geçişini hesaba katmalıdır. CAF genellikle bitişik hatlar veya bitişik katmanlar, yollar, yollar ve hatlar arasında meydana gelir ve yalıtımın bozulmasına ve hatta kısa devrelere neden olur. Karşılık gelen yalıtım direnci, yollar, çizgiler ve katmanlar arasındaki mesafeye bağlıdır.
Otomotiv PCB'lerinin İmalatı için Ortak PCB teknolojisi
Yüksek frekanslı substrat
Otomobilin öngörücü fren güvenlik sistemi ve çarpışma önleme sistemi, güvenlik güvencemiz için ilk savunma hattıdır. Elektronik sistemi bir radar izleme sistemi gibidir. Elektronik sistemin bu bölümünün otomotiv PCB'si esas olarak yüksek frekanslı mikrodalga sinyallerini iletmek için kullanılır. Bu nedenle, alt tabaka malzemesi PTFE'ye ek olarak, düşük dielektrik kaybı olan bir alt tabaka kullanılması da gereklidir. FR4 malzemelerinden farklı olarak, PTFE veya benzeri yüksek frekanslı matris malzemeleri, delme işlemi sırasında özel delme hızları ve ilerleme oranları gerektirir.
Kalın bakır Teknolojisi
Otomobiller daha küçük boyutlara ve daha yüksek dinamik performansa doğru geliştikçe, otomobillerin daha yüksek teknolojili güç aktarım sistemleri ve daha karmaşık elektronik sistemler kullanması gerekiyor. Otomotiv PCB'leri daha yüksek termal performansa sahiptir ve daha büyük akım dalgalanmalarına dayanabilir.
Çift katmanlı kalın bakır PCB'lerin yapımı nispeten kolaydır. Bununla birlikte, kalın bakır görüntü aşındırma ve kalın boşluk doldurma işlemlerinin karmaşıklığı nedeniyle çok katmanlı kalın bakır PCB'lerin yapılması çok daha zordur.
Çok katmanlı kalın bakır PCB'nin iç yollarının tümü kalın bakırdır, bu nedenle desen transfer fotoğraf kuru filmi de nispeten kalındır ve çok yüksek aşındırma direnci gerektirir. Kalın bakır kalıbın aşındırma süresi uzadığından, aşındırma ekipmanı ve teknolojisi de kalın bakırın tam kablolamasını sağlamak için daha talepkardır.
Dıştan kalın bakır kablo üretimi yaptığımızda, önce nispeten kalın bir bakır folyonun lamine edilmesi ile kalın bir bakır tabakanın modellenmesi arasındaki kombinasyon, ardından film boşluğu aşındırma yapılabilir. Ek olarak, desen kaplamanın kaplama önleyici kuru filminin de nispeten kalın olması gerekir.
Yukarıdaki zorluklara ek olarak, aşağıdaki sorunlarla da karşılaşıyoruz:
- Çok katmanlı kalın bakır PCB'nin iç iletkeni ile yalıtkan alt tabaka malzemesi arasındaki yüzey farkı büyüktür.
- Sıradan çok katmanlı levha laminasyonu reçine ile tamamen doldurulamaz ve boşluklar oluşturur.
Bu sorunu çözmek için mümkün olduğunca yüksek reçine içeriğine sahip ince prepregler kullanmalıyız. Bazı çok katmanlı PCB'lerde dahili yönlendirmenin bakır kalınlığı tek tip değilse, bakır kalınlığında büyük veya küçük farkların olduğu alanlarda farklı prepregler kullanabiliriz.
HDI teknolojisi
Arabanın konforu ve iyi deneyimi, arabanın içine yerleştirilmiş eğlence ve iletişim sistemleriyle de yakından ilgilidir. Otomotiv yerleşik eğlence mikro bilgisayarları genellikle HDI PCB'leri kullanır.
HDI PCB teknolojisi, mikro delik delme ve elektrokaplama, laminasyon konumlandırma ve diğer işlemleri içerir. Otomotiv teknolojisinin hızlı gelişimi nedeniyle, yaşamda giderek daha yaygın uygulamalar otomotiv sistemlerine entegre edilmiştir. Bu nedenle, otomotiv elektronik sistemlerindeki artışla birlikte, yüksek kaliteli otomobillerin gereksinimlerini daha iyi karşılamak için daha fazla PCB kullanılması zorunludur.
Bileşen gömme
Bileşenlerin boyutunu küçültmek için PCB'nin montaj yoğunluğu arttırılmalıdır. Gömülü bileşenlere sahip PCB'ler, yalnızca cep telefonlarında değil, otomotiv elektroniğinde de yaygın olarak kullanılmaktadır.
Farklı bileşen gömme yöntemlerine göre, bileşen gömülü PCB'lerin üretim yöntemleri de farklıdır. Otomotiv elektronik sistemlerinde kullanılan bileşen gömülü PCB'ler için başlıca dört üretim yöntemi vardır:
- kazı türü
- Laminasyon tipi
- Seramik tipi
- Modül türü
Yukarıdakiler, otomotiv PCB'lerinin üretiminde yaygın olarak kullanılan tedarik teknolojisidir, bu nedenle güvenilir bir otomotiv PCB üreticisi nasıl seçilir.
