Mit dem Fortschritt der automobilen Intelligenz sind Fahrerassistenzsysteme der Stufe 2 (ADAS) zum Standard in modernen Fahrzeugen geworden. Von der adaptiven Geschwindigkeitsregelung (ACC) bis zum Spurhalteassistenten (LKA) verbessern diese Funktionen die Fahrsicherheit und den Komfort erheblich. Die Realisierung dieser Intelligenz beruht jedoch vollständig auf stabiler und zuverlässiger elektronischer Hardware – der L2 ADAS Leiterplatte (PCB). Als zentrale physikalische Plattform für die Sensordatenfusion, die Verarbeitung komplexer Algorithmen und die Aktuatorsteuerung übertreffen ihre Design- und Fertigungsstandards die der Unterhaltungselektronik bei weitem. Sie ist nicht nur ein Träger von Technologie, sondern auch die letzte physische Verteidigungslinie für die Fahrsicherheit. Als nach IATF 16949 zertifizierter Anbieter von Automobil-Leiterplattenlösungen versteht die Highleap PCB Factory (HILPCB), dass jede L2 ADAS Leiterplatte die höchsten Standards in Bezug auf funktionale Sicherheit, Signalintegrität, Umweltzuverlässigkeit und Langzeitbeständigkeit erfüllen muss.

Der Kern der funktionalen Sicherheit in L2 ADAS Leiterplatten: ISO 26262 und ASIL-Levels

Funktionale Sicherheit ist das höchste Prinzip im Design von Automobilelektronik, und der ISO 26262 Standard ist die „Bibel“ zur Erreichung dieses Ziels. Für L2 ADAS-Systeme wirken sich ihre Entscheidungen direkt auf die Fahrsicherheit aus, daher müssen sie strenge funktionale Sicherheitsprozesse einhalten. Der Kern des Systems – die L2 ADAS Leiterplatte – hat Design- und Fertigungsanforderungen, die direkt bestimmen, ob das gesamte System das beabsichtigte Automotive Safety Integrity Level (ASIL) erreichen kann. ASIL-Stufen reichen von A bis D, mit zunehmendem Risikograd. Kritische Funktionen in L2 ADAS, wie z.B. das Automatische Notbremssystem (AEB), erfordern typischerweise ASIL-B oder sogar ASIL-D Stufen. Dies bedeutet, dass das PCB-Design von Anfang an berücksichtigen muss, wie zufällige Hardwarefehler und systematische Fehler verhindert und kontrolliert werden können.

Wichtige Designprinzipien umfassen:

• Redundanzdesign: Für kritische Signalpfade oder Stromversorgungsnetze werden doppelte oder mehrfache redundante Designs eingesetzt, um sicherzustellen, dass das System grundlegende Sicherheitsfunktionen aufrechterhalten oder einen vordefinierten sicheren Zustand erreichen kann, falls ein Pfad ausfällt.
• Fehlerdiagnose und -meldung: Die Leiterplatte muss Diagnoseschaltungen integrieren, um den Status kritischer Komponenten (z.B. des Hauptprozessors auf der ADAS-Prozessor-Leiterplatte), die Versorgungsspannung und die Temperatur in Echtzeit zu überwachen. Bei Erkennung von Anomalien muss das System sofort Fehlerbehandlungsmechanismen aktivieren.
• Sicherheitsmechanismen: Hardware-Sicherheitsmechanismen wie Watchdog-Timer, Taktüberwachung und Speicher-ECC (Error Checking and Correction) erfordern präzise Routing- und Layout-Unterstützung auf PCB-Ebene.

HILPCB hält sich streng an die ISO 26262-Anforderungen für die Hardwareentwicklung während der Fertigung und stellt sicher, dass jeder Schritt – von der Materialauswahl bis zur Prozesskontrolle – die Rückverfolgbarkeits- und Zuverlässigkeitsstandards für funktionale Sicherheit erfüllt und somit eine solide Fertigungsgrundlage für hoch-ASIL-Level ADAS-Prozessor-Leiterplatten bietet.

Hochgeschwindigkeits-Signalintegrität: Die Datenverarbeitungsherausforderung von L2 ADAS PCBs

Das L2 ADAS-System ist ein massiver Datenverarbeitungsknotenpunkt. Es muss riesige Datenmengen von Kameras, Millimeterwellenradar, LiDAR und Ultraschallsensoren in Echtzeit sammeln und verarbeiten. Diese Datenströme werden über die Leiterplatte mittels Hochgeschwindigkeitsschnittstellen wie MIPI, SerDes und Automotive Ethernet übertragen, was beispiellose Herausforderungen an die Signalintegrität (SI) stellt.

Eine Hochleistungs-L2 ADAS Leiterplatte muss die folgenden SI-Probleme angehen:

1. Impedanzkontrolle: Die Impedanz von Hochgeschwindigkeits-Differenzsignalpaaren muss präzise innerhalb enger Toleranzen (z.B. ±5% oder kleiner für Zielwerte wie 90Ω oder 100Ω) kontrolliert werden. Jede Impedanzfehlanpassung kann Signalreflexionen verursachen und die Bitfehlerraten erhöhen.
2. Einfügedämpfung: Die Signalenergie schwächt sich während der Übertragung ab. Leiterplatten-Designs müssen Materialien mit extrem geringen Verlusten verwenden und Leiterbahnlängen sowie Via-Designs optimieren, um sicherzustellen, dass die Signale den Empfänger mit ausreichender Amplitude erreichen.
3. Übersprechen: Elektromagnetische Kopplung zwischen benachbarten Hochgeschwindigkeitsleiterbahnen kann Übersprechen verursachen, das normale Signale stört. Eine korrekte Leiterbahnabstand, Referenzebenen-Design und geschirmte Leitungsführung können Übersprechen effektiv unterdrücken.
4. Timing Matching (Skew): Bei Differentialpaaren oder parallelen Bussen müssen die Längen der Signalleiterbahnen streng aufeinander abgestimmt sein, um eine synchronisierte Signalankunft zu gewährleisten. Dies ist besonders kritisch für NPU-Leiterplatten, die KI-Berechnungen verarbeiten, da eine Zeitverschiebung zu katastrophalen Berechnungsfehlern führen kann.

HILPCB verwendet fortschrittliche Simulationswerkzeuge und Präzisionsfertigungsprozesse, um Kunden zuverlässige Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten-Lösungen anzubieten. Wir kontrollieren Materialeigenschaften, Lagenaufbau und Ätzgenauigkeit streng, um sicherzustellen, dass jede Leiterplatte eine außergewöhnliche Hochgeschwindigkeitsleistung liefert.

Der Eckpfeiler der Sensorfusion: Designüberlegungen für ADAS Fusion PCBs

Die Zuverlässigkeit von L2 ADAS hängt stark von der Sensorfusionstechnologie ab. Einzelne Sensoren haben Einschränkungen (z. B. funktionieren Kameras bei schlechtem Wetter schlecht, Radare können Farben oder Formen nicht identifizieren). Nur durch die Fusion von Daten mehrerer Sensoren kann eine umfassende und genaue Wahrnehmung der Umgebung erreicht werden. Die ADAS Fusion PCB ist die zentrale Hardwareplattform, die dieses Ziel ermöglicht.

Das Design der ADAS Fusion PCB ist äußerst anspruchsvoll, da sie gleichzeitig heterogene Signale von verschiedenen Sensoren verarbeiten muss:

• Analoge Signalverarbeitung: Signale von Sensoren wie der ADAS Ultraschall-PCB sind typischerweise schwache analoge Signale, die rauscharme Verstärkungs- und Filterschaltungen erfordern. Das PCB-Layout muss diese empfindlichen analogen Bereiche physisch von rauschintensiven digitalen Bereichen (z. B. Prozessoren und DDR-Speicher) isolieren.
• Digitale Signalverarbeitung: Die Hochgeschwindigkeits-Digitalverarbeitung erfordert eine präzise Impedanzkontrolle und Taktanpassung, was auf der Sensor Fusion PCB besonders kritisch ist, da die Datensynchronisation eine Voraussetzung für die korrekte Funktion von Fusionsalgorithmen ist.
• Leistungsisolation: Die Bereitstellung unabhängiger und sauberer Stromversorgungen für analoge und digitale Schaltungen ist entscheidend. Das Entwerfen separater Leistungsdomänen auf der Leiterplatte und die Verwendung von LDOs, Ferritperlen und anderen Isolationsmethoden kann effektiv verhindern, dass digitales Rauschen in die analoge Signalkette einkoppelt.

Ein erfolgreiches Sensorfusions-Leiterplatten-Design ist ein Kunstwerk, bei dem analog und digital, Hochgeschwindigkeit und Niedriggeschwindigkeit, Hochleistung und Niedrigleistung harmonisch koexistieren. Es bestimmt direkt die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der ADAS-Systemwahrnehmung.

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HILPCBs Automobil-taugliche Fertigung: Ein Qualitätsversprechen jenseits der Standards

Egal wie perfekt das theoretische Design ist, außergewöhnliche Fertigungskapazitäten sind erforderlich, um es zu realisieren. Die Anforderungen der Automobilindustrie an Leiterplattenlieferanten gehen weit über die Erfüllung technischer Parameter hinaus – sie verlangen ein vollständiges, zuverlässiges und rückverfolgbares Qualitätsmanagementsystem. Als professioneller Automobil-Leiterplattenhersteller entsprechen die Produktionsprozesse von HILPCB vollständig den Anforderungen des IATF 16949 Automobil-Qualitätsmanagementsystems.

Unser Engagement für die Automobil-taugliche Fertigung spiegelt sich wider in:

• Strenge Materialkontrolle: Wir verwenden ausschließlich High-Tg-Leiterplattenmaterialien, die den AEC-Q-Standards entsprechen. Diese Materialien weisen eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit, einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) in Z-Richtung und eine hervorragende Beständigkeit gegen leitfähige anodische Filamente (CAF) auf, wodurch die langfristige Zuverlässigkeit von Leiterplatten unter extremen Temperaturwechseln und Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit gewährleistet wird.
• Fortschrittliche Produktionsprozesskontrolle (APQP): Während der Phase der Einführung neuer Produkte wenden wir den APQP-Prozess an und identifizieren sowie verhindern systematisch potenzielle Herstellungsrisiken mithilfe von Werkzeugen wie FMEA (Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse).
• Umfassende Qualitätsprüfung: Zusätzlich zu 100 % AOI (Automatisierte Optische Inspektion) und elektrischen Leistungstests sind wir mit einer Reihe von Zuverlässigkeitsprüfgeräten ausgestattet, darunter Thermoschocktests, Konstanttemperatur- und Feuchtigkeitstests sowie Lötbarkeitstests, um sicherzustellen, dass jede Charge von L2 ADAS Leiterplatten den Automobilstandards entspricht.
• Vollständige Rückverfolgbarkeit: Vom Wareneingang der Rohmaterialien bis zum Versand des fertigen Produkts weisen wir jeder Leiterplatte eine eindeutige Kennung zu, die eine vollständige Vorwärts- und Rückwärtsverfolgbarkeit des gesamten Prozesses ermöglicht. Im Falle von Problemen kann der betroffene Bereich schnell identifiziert und spezifische Produktionschargen, Geräte und Bediener zurückverfolgt werden. Die Wahl von HILPCB bedeutet die Wahl eines zuverlässigen Partners, der die Qualitätsanforderungen der Automobilindustrie genau versteht und die vollständige PPAP-Dokumentation (Production Part Approval Process) bereitstellen kann.

Zuverlässigkeit in rauen Umgebungen: Wärmemanagement und Power Integrity

Die Betriebsumgebung von Automobilen ist äußerst komplex. Die intensive Hitze des Motorraums, die eisige Kälte nördlicher Regionen und die Erschütterungen durch raue Straßen stellen alle große Herausforderungen für die Kern-PCBs von ADAS-Systemen dar. Unter diesen sind Wärmemanagement und Power Integrity (PI) zwei entscheidende Faktoren, die die langfristige Zuverlässigkeit gewährleisten.

Wärmemanagementstrategien: Der ADAS-Hauptprozessor und die neuronalen Netzwerkverarbeitungseinheiten der NPU-Leiterplatte erzeugen bei Hochgeschwindigkeitsberechnungen erhebliche Wärme. Wenn die Wärme nicht umgehend abgeführt werden kann, können übermäßige Chiptemperaturen zu Drosselung oder sogar dauerhaften Schäden führen. Effektive Wärmemanagementstrategien umfassen:

• Thermal Vias: Dicht angeordnete thermische Vias unter den Chip-Pads, um Wärme schnell zu den inneren oder unteren Schichten der Leiterplatte zu leiten, wo sich große Kupferflächen befinden.
• Dickkupfertechnologie: Einsatz der Dickkupfer-Leiterplatten-Technologie, um die Kupferdicke der Strom- und Masselagen zu erhöhen, was nicht nur höhere Stromlasten unterstützt, sondern auch als hervorragende Wärmeableitungsebene dient.
• Metallkernsubstrate: Für Designs mit extrem hoher Leistungsdichte können Metallkern-Leiterplatten (MCPCB) eingesetzt werden, die die überlegene Wärmeleitfähigkeit von Aluminium- oder Kupfersubstraten zur Wärmeableitung nutzen.

Power Integrity (PDN) Design: Die Bereitstellung einer stabilen und sauberen Stromversorgung für Hochleistungs-ADAS Prozessor-Leiterplatten ist grundlegend für deren ordnungsgemäßen Betrieb. Das Ziel des Power Integrity Designs ist es, ein niederimpedantes Stromverteilungsnetzwerk für die Chips bereitzustellen, das Leistungsrauschen und Spannungsschwankungen unterdrückt. Dies wird durch die richtige Platzierung von Entkopplungskondensatoren auf der Leiterplatte und ein optimiertes Strom-/Masseflächen-Design erreicht. Ein robustes PDN (Power Delivery Network) ist entscheidend, um unerwartete System-Resets oder Datenfehler in komplexen elektromagnetischen Umgebungen zu verhindern.

Leiterplatten-Angebot einholen ## Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV): Sicherstellung eines harmonischen Systemzusammenlebens

Der Fahrzeuginnenraum ist eine komplexe elektromagnetische Umgebung, in der verschiedene elektronische Geräte (Motoren, Zündsysteme, drahtlose Kommunikationsmodule) gleichzeitig betrieben werden. L2 ADAS PCBs müssen eine ausgezeichnete elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) aufweisen, d.h. weder eine Störquelle für andere Geräte darstellen noch von externen Störungen beeinflusst werden.

Das EMV-Design ist ein systematischer Prozess, der sich durch den gesamten PCB-Designprozess zieht:

• Geeignetes Lagenaufbau-Design: Durch das Einbetten von Hochgeschwindigkeitssignalschichten zwischen Masse- oder Leistungsebenen, um Mikrostreifen- oder Streifenleiterstrukturen zu bilden, kann elektromagnetische Strahlung effektiv unterdrückt werden.
• Masse-Design: Eine vollständige, niederimpedante Masseebene ist die Grundlage des EMV-Designs. Alle Komponentenmassen sollten so nah wie möglich mit der Hauptmasseebene verbunden werden, um große Masseschleifen zu vermeiden.
• Filterung und Abschirmung: An E/A-Schnittstellen, Stromeingängen und empfindlichen Sensor Fusion PCB Signalpfaden müssen geeignete Filterschaltungen (z.B. LC-Filter, Gleichtaktdrosseln) verwendet werden, um Rauschen zu eliminieren. Für kritische Chips oder Module können Metallabschirmungen zur Isolation eingesetzt werden.

Das Ingenieurteam von HILPCB verfügt über umfassende Erfahrung im Bereich des EMV-Designs für Kraftfahrzeuge und unterstützt Kunden bei der EMV-Risikobewertung bereits ab der Schaltplanphase sowie bei der Implementierung bewährter Verfahren im PCB-Layout und -Routing, um Produkte dabei zu helfen, strenge EMV-Standards für Kraftfahrzeuge wie CISPR 25 zu bestehen.

Simulation der strukturellen Integrität bei Straßenunebenheiten und versehentlichen Kollisionen Klima Temperatur-Feuchte-Wechselprüfung (85°C/85% RH) Bewertung der Beständigkeit gegen Feuchtigkeitseinwirkung und CAF-Risiken (Conductive Anodic Filament) Chemie Chemikalienbeständigkeitstest Simulation der Toleranz gegenüber dem Kontakt mit Chemikalien wie Motoröl und Reinigungsmitteln