Como portador de componentes electrónicos y clave para las conexiones eléctricas, el rendimiento de las placas de circuito impreso afecta directamente la seguridad, confiabilidad e inteligencia de los automóviles. Como material básico de la PCB, la placa PCB desempeña un papel clave para cumplir con los complejos y exigentes requisitos del entorno de trabajo de los automóviles. Los diferentes tipos de placas PCB para automóviles de uso común, con sus propiedades únicas, respaldan el funcionamiento estable de los sistemas electrónicos automotrices.
1, tablero FR-4: un material básico ampliamente utilizado
FR-4 es un laminado revestido de cobre reforzado con tela de fibra de vidrio y a base de resina epoxi, que se usa ampliamente en el campo de PCB para automóviles. Tiene buenas propiedades mecánicas y puede soportar vibraciones e impactos durante el funcionamiento del vehículo, lo que garantiza la integridad de la estructura de la placa de circuito. En términos de rendimiento eléctrico, el FR-4 tiene un rendimiento de aislamiento estable, lo que puede prevenir eficazmente cortocircuitos en circuitos y garantizar una transmisión de señal estable.
La placa FR-4 se usa ampliamente en algunas partes no críticas de automóviles que tienen requisitos relativamente menos estrictos de temperatura y rendimiento eléctrico, como circuitos de control de iluminación interior ordinarios y algunos circuitos de sensores simples. Para cumplir con los requisitos de confiabilidad más altos de la industria automotriz, también se han realizado muchas mejoras en los materiales FR-4. Por ejemplo, al aumentar la temperatura de transición vítrea, se puede mejorar su estabilidad dimensional en ambientes de alta temperatura. El valor de Tg del FR-4 ordinario generalmente está entre 130 y 140 grados, mientras que el Tg del material FR-4 de grado automotriz se puede aumentar a 150 grados o incluso por encima de 170 grados, lo que le permite funcionar mejor en áreas de alta temperatura, como los compartimientos del motor, evitando efectivamente problemas como la deformación de la placa y fallas del circuito causadas por las altas temperaturas.
2. Materiales de alta Tg: la fuerza principal para abordar los desafíos de las altas-temperaturas
La temperatura en el compartimiento del motor y otras partes de un automóvil puede alcanzar hasta 150 grados o incluso más. En estos entornos de alta-temperatura, los materiales con valores altos de Tg se convierten en la opción preferida para las placas de circuito impreso de automóviles. Además del material con alto TgFR-4 mencionado anteriormente, los materiales de poliimida también son muy favorecidos en la industria automotriz debido a su resistencia superior a las altas temperaturas. El valor de Tg de los materiales PI suele ser superior a 250 grados, y algunos incluso superan los 300 grados, lo que puede mantener propiedades físicas y químicas estables en entornos de temperaturas extremadamente altas.
La PCB hecha de material PI no solo tiene resistencia a altas temperaturas, sino también una excelente resistencia a la corrosión química y una constante dieléctrica baja. Una constante dieléctrica baja da como resultado una menor pérdida de señal y una velocidad más rápida durante la transmisión, lo cual es crucial para aplicaciones de transmisión de datos de alta-velocidad en automóviles, como en sistemas de comunicación de vehículos y transmisión de datos de sensores de conducción autónoma. En el sistema de gestión de baterías de vehículos de nueva energía, debido a la gran cantidad de calor generado durante el proceso de carga y descarga de la batería, la alta temperatura ambiente y los requisitos extremadamente altos para la precisión de la transmisión de señales y la estabilidad del BMS, la PCB de material PI puede satisfacer estas necesidades, asegurando un monitoreo y control precisos del estado de la batería por parte del sistema de gestión de la batería, y garantizando un funcionamiento seguro y eficiente de la batería.
3. Sustrato metálico: la clave para una disipación de calor eficiente
Con el continuo aumento de la potencia de los dispositivos electrónicos automotrices, los problemas de disipación de calor son cada vez más prominentes. Los sustratos metálicos, especialmente los sustratos de aluminio, se utilizan ampliamente en campos como la iluminación LED para automóviles y los módulos electrónicos de potencia debido a su excelente rendimiento de disipación de calor. El sustrato de aluminio consta de una capa base de metal, una capa aislante y una capa conductora. La capa base de metal (normalmente aluminio) puede conducir rápidamente el calor, mientras que la capa aislante garantiza el aislamiento eléctrico entre el circuito y el sustrato metálico. La capa conductora se utiliza para transportar el circuito.
En los faros LED de los automóviles, el chip LED genera una gran cantidad de calor durante el proceso de emisión de luz. Si no se disipa a tiempo, hará que la temperatura del chip LED aumente, la eficiencia luminosa disminuya y la vida útil se acorte. La PCB LED hecha de sustrato de aluminio puede conducir rápidamente el calor generado por el chip LED a la capa metálica del sustrato de aluminio y luego disipar el calor al entorno circundante a través de la estructura de disipación de calor del faro del automóvil, asegurando efectivamente el funcionamiento estable y una larga vida útil del faro LED. Para los módulos electrónicos de potencia de los automóviles, como controladores de motores, inversores, etc., estos componentes generan importantes pérdidas de energía durante el funcionamiento y también requieren medidas eficientes de disipación de calor. La PCB con sustrato de aluminio puede cumplir con sus requisitos de disipación de calor y también tiene cierta resistencia mecánica para adaptarse al complejo entorno de vibración de los automóviles.
4. Materiales de alta frecuencia: cumplen con los requisitos de comunicación de alta-velocidad
Con el desarrollo de automóviles inteligentes y conectados en red, los requisitos para la transmisión de señales de alta-frecuencia en los sistemas de comunicación de vehículos son cada vez más elevados. En aplicaciones como comunicaciones 5G y radares de vehículos, las placas PCB deben tener características de constante dieléctrica baja y tangente de pérdida dieléctrica baja para reducir la atenuación y la distorsión durante la transmisión de la señal. Por lo tanto, los materiales de alta frecuencia como el politetrafluoroetileno y sus materiales compuestos se han convertido en opciones ideales para estas aplicaciones.
El material PTFE tiene valores Dk y Df extremadamente bajos, lo que garantiza una transmisión estable y de alta velocidad-de señales de alta-frecuencia en circuitos de PCB. En los sistemas de radar de ondas milimétricas con una frecuencia de 77 GHz o superior en vehículos, el radar de ondas milimétricas detecta información como la distancia, la velocidad y el ángulo de los objetos objetivo mediante la emisión y recepción de ondas electromagnéticas de alta-frecuencia. En este punto, las placas de circuito impreso hechas de materiales de alta-a base de PTFE pueden transmitir con precisión señales de radar de alta-frecuencia, lo que garantiza una alta resolución y precisión de detección del sistema de radar y proporciona datos confiables de percepción ambiental para la conducción autónoma. En el módulo de comunicación de redes de vehículos, también se requieren placas de circuito impreso de material de alta-frecuencia para admitir comunicaciones inalámbricas estables y de alta-velocidad, logrando un intercambio de datos eficiente entre vehículos, vehículos e infraestructura, y vehículos y personas.
5, material rígido de la placa de unión flexible: equilibrio entre flexibilidad y estabilidad
Dentro de un automóvil, algunos componentes requieren que las placas de circuito impreso tengan cierto grado de flexibilidad para adaptarse a diseños espaciales complejos y entornos de trabajo dinámicos. Ha surgido el tablero rígido de unión flexible, que combina tableros de circuitos rígidos y tableros de circuitos flexibles a través de procesos específicos, combinando la estabilidad de los tableros rígidos con la flexibilidad de los tableros flexibles.
La parte flexible suele utilizar una película de poliéster o poliimida como sustrato, que tiene buena flexibilidad y se puede doblar varias veces sin afectar el rendimiento eléctrico. En el circuito de conexión del tablero del automóvil, la placa de unión flexible rígida puede lograr una conexión flexible entre el tablero y otras partes de la carrocería del vehículo, asegurando una transmisión de señal estable y adaptándose a las pequeñas vibraciones y deformaciones del tablero durante la conducción del vehículo. En el módulo de control de la puerta, la placa de unión flexible rígida se puede doblar con la apertura y el cierre de la puerta, al tiempo que garantiza la confiabilidad de la conexión del circuito y evita fallas en el control de la puerta causadas por líneas discontinuas. La aplicación de materiales rígidos para placas de juntas flexibles proporciona un fuerte apoyo para optimizar el espacio interior de los automóviles y organizar de manera eficiente los dispositivos electrónicos.