11 de agosto de 2017 por Dora Yang
Os elementos eletrônicos estão desempenhando um papel cada vez mais ativo nos automóveis. Atualmente, um veículo de alto nível pode conter mais de 200 unidades de controle eletrônico, algumas das quais são sensores e processadores aplicados no cockpit do carro. Pode-se concluir que o valor dos produtos eletrônicos para automóveis está nos sistemas dinâmicos, no corpo e no chassi, sendo a maioria deles relacionados à energia digital.
A aplicação de sistemas eletrônicos em automóveis visa aumentar o desempenho do veículo, abrangendo três aspectos: melhoria ambiental, aprimoramento da segurança e conveniência e conforto.
Melhoria ambiental refere-se à economia de combustível, redução de gases de escape e transformação de combustível de gasolina, gás natural, biocombustível para energia híbrida e pura. Os veículos elétricos, portanto, tornaram-se uma direção estratégica para a indústria automotiva.
Aprimoramento da segurança está relacionado à redução de acidentes de trânsito, variando de airbag, monitoramento por radar, câmera estéreo, monitoramento por infravermelho e evasão automática até a condução autônoma. Atualmente, os veículos autônomos estão atraindo a maior parte da atenção e dos investimentos globais.
Conveniência e conforto estão geralmente enraizados em áudio, exibição de vídeo, ar-condicionado, computador, comunicação móvel, internet, navegação e cobrança eletrônica de pedágios para considerações de conveniência e humanização.
Como espinha dorsal dos dispositivos eletrônicos, os PCBs (Placas de Circuito Impresso) aplicados para automóveis também devem atender aos requisitos mencionados acima.
Requisito Fundamental para PCBs Automotivos
Requisito de Garantia de Qualidade
Uma demanda básica de garantia de qualidade a longo prazo para fabricantes ou distribuidores reside em um sistema sólido de gestão de qualidade, como o ISO9001, de uma perspectiva internacional. Devido à particularidade da indústria automotiva, três grandes fabricantes de automóveis da América do Norte co-estabeleceram um sistema de gestão de qualidade em 1994 exclusivamente para a indústria automotiva, o QS9000. No início do século 21, foi publicado um novo sistema de administração de qualidade por fabricantes automotivos mundiais, baseado nos regulamentos do ISO9001, o ISO/TS16949.
Como regulamento técnico para a indústria automotiva em todo o mundo, o ISO/TS16949 integra requisitos especiais para a indústria automotiva e se concentra na prevenção de defeitos, flutuação de qualidade e redução de desperdícios na cadeia de suprimentos de componentes automotivos.
Portanto, o primeiro certificado que os fabricantes de PCBs automotivos devem obter é o ISO/TS16949 antes de sua entrada genuína no mercado automotivo.
Requisito Básico de Desempenho
Alta confiabilidade
A confiabilidade automotiva vem principalmente em dois aspectos: de um lado, a vida útil durante a qual as unidades de controle e componentes eletrônicos são capazes de funcionar normalmente, e de outro lado, a resistência ambiental, que permite que as unidades de controle automotivo e os componentes eletrônicos se comportem excelentemente em ambientes extremos.
A vida útil média dos automóveis é de 10 a 12 anos, durante a qual apenas componentes ou peças vulneráveis podem ser substituídos. Em outras palavras, o sistema eletrônico e os PCBs devem ter uma vida útil igual à dos automóveis.
Os veículos tendem a ser afetados pelo clima e ambiente durante o uso, variando de frio extremo, calor extremo e exposição prolongada à chuva. Além disso, eles têm que enfrentar mudanças ambientais causadas pelo calor gerado por componentes e sistemas eletrônicos em funcionamento. O mesmo ocorre com os sistemas eletrônicos automotivos e os PCBs. Os sistemas eletrônicos automotivos têm que enfrentar as seguintes condições adversas no ambiente, incluindo temperatura, umidade, chuva, fumaça acre, vibração, interferência eletromagnética (EMI) e surtos de corrente.
Leveza e miniaturização
A leveza e a miniaturização são benéficas para a economia de combustível, resultando da leveza e miniaturização de cada componente e placa de circuito. Por exemplo, a área da ECU (Unidade de Controle Eletrônico) aplicada em automóveis era de 1.200cm³ no início do século 21, enquanto isso foi reduzido em pelo menos quatro vezes. A leveza e miniaturização dos PCBs derivam da melhoria da densidade, redução da área, finura e múltiplas camadas.
Propriedades de Desempenho dos PCBs Automotivos
Múltiplos Tipos
Como combinações de dispositivos mecânicos e eletrônicos, as tecnologias veiculares modernas integram tanto técnicas antigas e tradicionais quanto tecnologias científicas atualizadas. Diferentes partes dos veículos modernos dependem de dispositivos eletrônicos com diferentes funções, levando à aplicação de PCBs com diferentes missões.
Com base na distinção em termos de material de substrato dos PCBs para automóveis, eles podem ser classificados em duas categorias: PCBs baseados em cerâmica inorgânica e PCBs baseados em resina orgânica. A principal propriedade dos PCBs baseados em cerâmica é a alta resistência ao calor e excelente estabilidade dimensional, aplicável ao sistema de motor em ambiente altamente térmico. No entanto, os PCBs baseados em cerâmica apresentam baixa capacidade de fabricação, levando a um alto custo das placas de circuito. Com o desenvolvimento de substrato de resina recém-desenvolvido com maior resistência ao calor, os PCBs baseados em resina são amplamente aplicados na maioria dos veículos modernos.
Segue-se uma regra geral: PCBs utilizando materiais de substrato com diferentes desempenhos são aplicados em diferentes seções de um veículo, responsáveis pela implementação de diferentes funções. A tabela a seguir demonstra o tipo de PCB compatível com parte dos dispositivos ou instrumentos do veículo.
| Dispositivos Veiculares | Tipos de PCB |
|---|---|
| Velocímetro; ar condicionado | PCB de camada simples/dupla |
| Sistema de áudio; monitor | PCB de camada dupla/multi-camada; PCB flexível |
| Dispositivos de comunicação automotiva; aparelhos de localização sem fio; sistema de controle de segurança | PCB multi-camada; PCB HDI; PCB flexível |
| Sistema de motor; sistema de controle de transmissão de potência | PCB de núcleo metálico; PCB rígido-flexível |
| Controlador de energia do veículo; dispositivo de navegação | PCB embutido |
Requisito de Confiabilidade em Diferentes Seções dos Veículos
Como um tipo de ferramenta de transporte relacionado à segurança pública, os automóveis pertencem a uma gama de produtos com alta confiabilidade. Além das dimensões, aparência e requisitos de desempenho ordinários em mecânica e eletrônica, uma série de testes de confiabilidade deve ser implementada neles.
Teste de Ciclagem Térmica (TCT)
Cinco níveis são definidos de acordo com diferentes seções de um veículo. A temperatura de ciclagem térmica para PCBs localizados em diferentes seções de um veículo pode ser resumida na Tabela 2 abaixo.
| Seção do Veículo | Nível | Temperatura Baixa | Temperatura Alta |
|---|---|---|---|
| Dentro do corpo do veículo | A | -40°C | 85°C |
| Chassi do veículo abaixo | B | -40°C | 125°C |
| Acima do motor | C | -40°C | 145°C |
| Partes de transmissão | D | -40°C | 155°C |
| Dentro do motor | E | -40°C | 165°C |
Teste de Choque Térmico (TST)
É bastante normal que os PCBs automotivos sejam aplicados em ambientes de calor extremo, o que é especialmente desafiador para PCBs de cobre pesado, pois eles têm que suportar tanto o calor externo quanto o calor resultante de seus próprios corpos. Portanto, é necessário um maior requisito de resistência ao calor dos PCBs automotivos.
Para participar do teste de choque térmico, os PCBs automotivos devem ser imersos em pasta de solda com uma alta temperatura de 260°C ou 288°C por 10 segundos três vezes, após o que os PCBs qualificados não devem apresentar problemas como laminação, inchaços ou rachaduras de cobre. Atualmente, a soldagem sem chumbo tem sido usada na montagem de PCBs com uma temperatura de soldagem relativamente alta, o que aumenta a necessidade do teste de choque térmico.
Teste de Temperatura-Umidade com Polarização (THB)
Os PCBs automotivos têm que passar por inúmeros ambientes dinâmicos, incluindo dias chuvosos e ambientes úmidos, o que torna necessário realizar o teste THB, que também é capaz de inspecionar a mobilidade de CAF (Filamento Anódico Condutivo) no PCB. O CAF ocorre apenas nas seguintes situações: entre vias adjacentes na placa de circuito, entre vias adjacentes e fios, entre fios adjacentes e entre camadas adjacentes. A isolação nessas situações dimin
ui ou até leva a curtos-circuitos. A resistência de isolamento deve ser determinada pela distância entre vias, fios e camadas.
Características de Fabricação dos PCBs Automotivos
PCBs de Alta Frequência
Semelhante ao radar militar, como radar de campo próximo, o sistema de anti-colisão ou frenagem de emergência preditiva automotiva depende de PCBs para transmitir sinais de alta frequência de microondas. Assim, materiais de substrato com baixa perda dielétrica são sugeridos, com PTFE (politetrafluoretileno) normalmente aplicado. Diferente dos materiais de substrato FR-4 ordinários, o PTFE ou materiais de alta frequência semelhantes exigem naturalmente uma capacidade de fabricação distinta. Por exemplo, uma velocidade de perfuração especial é necessária no processo de perfuração de vias.
PCBs de Cobre Pesado
Os veículos tendem a gerar mais calor devido à sua alta densidade eletrônica e potência. Com o aumento do número de veículos híbridos e totalmente elétricos, são exigidos sistemas de transmissão de energia mais avançados, o que também demanda mais funções eletrônicas. Isso significa uma demanda maior por capacidade de dissipação de calor e maior corrente. Para atingir isso, a espessura do cobre no PCB deve ser aumentada ou os fios de cobre e metal devem ser embutidos em PCBs de múltiplas camadas.
É fácil fabricar PCBs de dupla camada de cobre pesado, enquanto é bastante difícil fabricar PCBs de múltiplas camadas de cobre pesado. O ponto-chave reside na gravação de gráficos de cobre pesado e no preenchimento de lacunas de cobre pesado.
O circuito interno dos PCBs de múltiplas camadas de cobre pesado é de cobre pesado. Posteriormente, a transferência de gráficos requer um filme pesado com resistência à corrosão extremamente alta. O tempo de gravação deve ser longo o suficiente, e o dispositivo de gravação e as condições técnicas devem estar em estado ótimo para garantir circuitos excelentes de cobre pesado.
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