從高壓CAF到毫米波雷達：工程師必讀的新能源汽車(chē)PCB可靠性指南

隨著(zhù)智能汽車(chē)的快速發(fā)展,市場(chǎng)規模不斷擴大。預計到2025年,全球智能汽車(chē)市場(chǎng)規模將占汽車(chē)市場(chǎng)的35%左右。得益于國內對新能源汽車(chē)政策的支持和消費者接受度的提高,國內新能源智能化汽車(chē)處于快速發(fā)展階段。

隨著(zhù)汽車(chē)電子電氣架構(EEA)的加速演變,各新能源智能汽車(chē)車(chē)企紛紛推出自主研發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)電氣架構,作為架構核心的域控制器更是進(jìn)入了飛速發(fā)展階段。

新能源智能汽車(chē)典型的架構核心分為五域,即動(dòng)力域、底盤(pán)域、座艙域、智駕域和車(chē)身域。動(dòng)力域作為電動(dòng)汽車(chē)的創(chuàng )新基礎,智駕域和座艙域是目前承載電動(dòng)汽車(chē)現代化、智能化和個(gè)性化的關(guān)鍵所在,且智駕域與座艙域、智駕域與底盤(pán)域的融合程度越來(lái)越高。

隨著(zhù)域控融合加速,經(jīng)典五域會(huì )逐漸過(guò)渡到三域 (智駕域、座艙域和動(dòng)力域) 乃至未來(lái)的車(chē)載中央大腦。

接下來(lái),我們將從PCB角度,重點(diǎn)介紹下快充與逆變器PCB的高壓CAF保證性和毫米波雷達PCB的高頻天線(xiàn)穩定性。

一、高壓 CAF保證性

如今,越來(lái)越多的汽車(chē)板關(guān)注CAF性能,電動(dòng)化新能源汽車(chē)的電動(dòng)部件(如DC-DC逆變器、混動(dòng)模組、車(chē)載充電器模組等)的PCB 都采用厚銅(≥70 μm),并提出有 500~1 500 V 高壓要求。

相比玻纖空紗、浸潤不良所形成 CAF 微小通道而導致的常壓CAF失效模式,高壓CAF失效模式往往在界面發(fā)生較嚴重短路與燒焦時(shí),失效原因往往是介質(zhì)絕緣性能下降導致的高壓擊穿。

基于生產(chǎn)實(shí)踐并結合介質(zhì)材料擊穿影響因素,建立相應產(chǎn)品高壓 CAF高保證性的解決方案,主要有以下幾點(diǎn)。

1.改善局部放電擊穿:主要從銅箔輪廓、導電顆粒物管控角度出發(fā),建議厚銅選擇 RTF 銅箔、PCB 圖形轉移蝕刻做好線(xiàn)路拐角鈍化及殘銅控制、覆銅板基材和 PCB 壓合做好金屬顆粒等異物管控。

2.改善電擊穿:主要從介質(zhì) (電場(chǎng)) 均勻性、介質(zhì)厚度、導電體間距管控角度出發(fā),建議確保填膠半固化片 (prepreg,PP) 的樹(shù)脂厚度,在板厚設計限制下寧可降低芯層厚度也要增加 PP層厚度。

3.電化學(xué)擊穿:主要從板件吸濕、過(guò)程加工板內微通道、離子污染度管控角度出發(fā),建議棕化盡量烘板去除水汽,壓合結合樹(shù)脂動(dòng)黏度設置合理升溫速率改善浸潤性并提高樹(shù)脂固化程度,鉆孔降低孔壁粗糙度并做好密集孔的跳鉆設計處理,除膠避免過(guò)量導致芯吸 (wicking) 過(guò)大,PCB 拼板酌情旋轉以求與經(jīng)緯紗向適當錯開(kāi)設計等。

4.熱擊穿:主要從板材性能、板件結構、孔銅疲勞 (機械負荷) 等角度出發(fā),建議相應基材盡量選擇低鹵 (有鹵板材中的鹵素阻燃劑更容易殘留鹵素離子,并加速陽(yáng)極銅的溶解),選用多張且高RC PP疊構設計 (如2~3張高RC 2116并盡量避免7628疊構) 等。

二、毫米波雷達天線(xiàn)板

智能駕駛的發(fā)展訴求,讓感知變得越來(lái)越重要。因為感知猶如智能駕駛汽車(chē)的眼睛。

在感知領(lǐng)域,毫米波雷達是其標配傳感器,其高頻天線(xiàn)穩定性與覆銅板選材、PCB加工密切相關(guān)。

毫米波雷達通過(guò)振動(dòng)器向外發(fā)波,碰到物體后反彈,被接收天線(xiàn)接收,在采樣、濾波、轉換之后,根據時(shí)間差計算前車(chē)的距離,同時(shí)通過(guò)多普勒效應計算車(chē)速。

天線(xiàn)板選材需特別關(guān)注五點(diǎn):

1.較低的介質(zhì)常數(Dk)

2.最小的介質(zhì)損耗(Df)

3.性能穩定性

4.高性?xún)r(jià)比

5.供應保障

如果去嘉立創(chuàng )打板,可以在下單頁(yè)面選擇所需的板材,不僅能指定品牌,還能選擇型號、TG值、阻燃性。同時(shí),還可以下載板材技術(shù)資料,了解所需的具體產(chǎn)品技術(shù)信息,包括Dk值、Df值等。如下圖:

出于增加天線(xiàn)帶寬、降低設計成本等考慮,目前ADAS雷達采用介質(zhì)集成波導及波導腔天線(xiàn)設計方案逐漸增多。

但微帶天線(xiàn)仍絕對是主流設計方案,該類(lèi)天線(xiàn)線(xiàn)寬控制異常重要,天線(xiàn)線(xiàn)寬控制需不超過(guò)±15 μm甚至加嚴至不超過(guò)±10 μm。

寫(xiě)在最后

汽車(chē)電子是繼計算機、通信設備之后PCB的第三大應用領(lǐng)域。隨著(zhù)汽車(chē)從傳統意義上的機械產(chǎn)品逐漸演化發(fā)展為機電一體化、智能化、信息化的高技術(shù)產(chǎn)品,電子技術(shù)在汽車(chē)上的應用越來(lái)越廣泛。

無(wú)論是發(fā)動(dòng)機系統,還是底盤(pán)系統、信息系統、操縱系統和安全系統等都采用了電子技術(shù)。而汽車(chē)電子電氣架構的加速演變正給車(chē)載PCB帶來(lái)新的機遇和挑戰。