O sistema eletrônico automotivo abrange vários módulos funcionais, como sistema de controle de motor, sistema eletrônico de carroceria, sistema de airbag, sistema de entretenimento automotivo, etc. Esses sistemas têm requisitos diferentes para placas de circuito impresso, e a seleção de camadas e estruturas afeta diretamente o desempenho, confiabilidade e custo das placas de circuito impresso. Portanto, no processo de projeto de placas de circuito impresso eletrônico automotivo, é necessário considerar de forma abrangente múltiplos fatores para fazer melhores escolhas.
1, O impacto dos requisitos funcionais para sistemas eletrônicos automotivos nas camadas e estrutura da placa de circuito impresso
(1) Requisitos de fiação para módulos funcionais complexos
Para módulos funcionais complexos, como sistemas de controle de motor e sistemas de assistência à direção autônoma, eles contêm um grande número de componentes eletrônicos e conexões de circuitos complexos em seu interior. Esses módulos exigem fiação de alta-densidade em um espaço limitado para atender aos requisitos de transmissão de sinal. Neste ponto, uma estrutura de placa de circuito impresso multi{3}}camadas pode fornecer mais camadas de fiação, permitindo que linhas de sinal, linhas de energia e linhas de aterramento sejam distribuídas de forma mais razoável, reduzindo a interferência de sinal e problemas de congestionamento de fiação.
(2) Requisitos de integração para diferentes módulos funcionais
Os sistemas eletrônicos automotivos modernos tendem a integrar vários módulos funcionais em uma única placa de circuito impresso para reduzir tamanho, diminuir custos e melhorar a confiabilidade geral do sistema. Por exemplo, em automóveis, os sistemas de infoentretenimento podem integrar funções como navegação, reprodução de multimídia, comunicação Bluetooth, etc., o que requer placas de circuito impresso para acomodar vários tipos de chips e circuitos e fornecer uma boa plataforma para interação de sinal entre diferentes módulos funcionais. Neste caso, camadas e estruturas de PCB apropriadas podem conseguir isolamento e conexão de diferentes áreas funcionais, evitando interferência mútua. Ao dividir razoavelmente as camadas geológicas e de energia e adotar uma estrutura de fiação multi{4}}camadas, diferentes tipos de circuitos, como circuitos de RF, circuitos digitais e circuitos analógicos, podem ser efetivamente integrados, garantindo ao mesmo tempo que o desempenho de cada parte do circuito não seja afetado.
2, A relação entre os requisitos de desempenho elétrico e as camadas e estrutura da placa de circuito impresso
(1) Integridade do sinal
Quando sinais digitais de{0}}alta velocidade são transmitidos em placas de circuito impresso, eles são facilmente afetados por fatores como reflexão e diafonia, levando a problemas de integridade do sinal. Para garantir a qualidade do sinal, é necessária uma estrutura de placa de circuito impresso multicamadas para obter uma boa correspondência de impedância e blindagem de sinal. Por exemplo, em um sistema de comunicação Ethernet montado em veículo, a taxa de transmissão de sinais de alta-velocidade pode atingir 100 Mbps ou até mais. Neste caso, múltiplas camadas de placas de circuito impresso precisam ser usadas, e as camadas devem ser razoavelmente dispostas entre as camadas de sinal para formar uma estrutura de blindagem completa, reduzindo o impacto da interferência externa no sinal. Ao mesmo tempo, ao controlar com precisão a impedância característica da linha de transmissão, é garantido que o coeficiente de reflexão do sinal esteja dentro de uma faixa aceitável, garantindo assim uma transmissão de dados precisa e evitando perda de dados ou erros causados por problemas de integridade do sinal.
(2) Integridade de energia
Vários chips e circuitos em sistemas eletrônicos automotivos exigem alta estabilidade da fonte de alimentação. PCBs multicamadas podem fornecer caminhos de transmissão de baixa impedância para fontes de energia por meio de projetos especializados de energia e camada de aterramento, reduzindo o ruído de energia e as flutuações de tensão.
3, camada de placa de circuito impresso e seleção de estrutura sob requisitos de confiabilidade
(1) Gerenciamento térmico
Dispositivos eletrônicos automotivos geram calor durante a operação, especialmente dispositivos de energia, como drivers de energia em unidades de controle de motores e carregadores de automóveis. O calor excessivo pode afetar o desempenho e a vida útil dos componentes eletrônicos, portanto o número de camadas e a estrutura das placas de circuito impresso devem considerar os requisitos de gerenciamento térmico. Placas de circuito impresso multicamadas podem ajudar a dissipar o calor através das camadas metálicas internas.
(2) Resistência mecânica e desempenho antivibração
Os carros estão sujeitos a diversas vibrações e impactos durante a operação, o que exige que os PCBs tenham resistência mecânica e desempenho antivibração suficientes. Devido ao suporte mútuo de sua estrutura multi-camadas, as placas de circuito impresso multi-camadas podem melhorar a resistência mecânica geral até certo ponto. Ao mesmo tempo, no design de placas de circuito impresso, sua capacidade antivibração pode ser aprimorada adicionando furos de fixação, otimizando dimensões externas e selecionando materiais apropriados. Por exemplo, no projeto de placas de circuito impresso de sistemas de controle de chassis automotivos, o uso de placas de circuito impresso rígidas de múltiplas camadas combinadas com medidas especiais de reforço pode garantir que a placa de circuito impresso não apresentará falhas, como rachaduras nas juntas de solda e quebra de circuito em ambientes de vibração severos, garantindo a operação confiável do sistema.
4, Restrições de custos e a compensação-entre as camadas e a estrutura da placa de circuito impresso
(1) O impacto do aumento do número de camadas nos custos
Embora as placas de circuito impresso multi{0}}camadas tenham vantagens no desempenho e na implementação funcional, aumentar o número de camadas pode levar a um aumento nos custos de fabricação. Isto se reflete principalmente nos custos de materiais, custos de tecnologia de processamento e ciclos de produção. Para cada camada adicional de placa de circuito impresso, são necessários materiais adicionais, como laminados-revestidos de cobre e folhas semicuradas. Ao mesmo tempo, a tecnologia de processamento de placas de circuito impresso multi-camadas é mais complexa, exigindo equipamentos de maior precisão e mais etapas de processamento, como laminação multi-camadas, perfuração, galvanoplastia, etc., o que aumentará os custos e os ciclos de produção. Portanto, ao mesmo tempo que atende aos requisitos de desempenho dos sistemas eletrônicos automotivos, o design da placa de circuito impresso deve ser otimizado tanto quanto possível para evitar aumentos desnecessários de camadas e custos de controle.
(2) A possibilidade de redução de custos através da otimização estrutural
Ao selecionar e otimizar a estrutura da placa de circuito impresso, os custos podem ser reduzidos até certo ponto. Além disso, a otimização das dimensões externas e dos métodos de montagem das placas de circuito impresso pode melhorar a utilização da placa e reduzir efetivamente os custos de material. Ao mesmo tempo, um planejamento razoável da fiação e do layout dos componentes, reduzindo o número e as camadas de vias, pode não apenas melhorar a eficiência da produção, mas também reduzir os custos de processamento.