Als Zuverlässigkeitsingenieur, spezialisiert auf Salzsprüh-, Thermoschock- und Lebensdauerbewertungen bei weiten Temperaturbereichen nach Automobilstandards, verstehe ich zutiefst, dass das "Null-Fehler"-Ziel in der Automobilelektronik nicht nur ein Slogan, sondern eine rigorose Praxis ist, die in jeder Phase des Produktlebenszyklus verankert ist. Besonders in sicherheitskritischen Bereichen wie Fahrerassistenzsystemen (ADAS) und dem Leistungsmanagement von Elektrofahrzeugen (EV) ist die Zuverlässigkeit von PCBs (Leiterplatten) direkt mit der Sicherheit der Passagiere verbunden. Um ein innovatives Designkonzept erfolgreich in ein stabiles Modul zu verwandeln, das in Millionen von Fahrzeugen eingesetzt wird, ist der einzige Weg die Einhaltung eines strukturierten und überprüfbaren NPI-Prozesses (New Product Introduction). Innerhalb dieses Rahmens bildet NPI EVT/DVT/PVT (Engineering/Design/Production Validation Testing) die zentrale Validierungsschleife vom Prototyp bis zur Massenproduktion und ist der Schlüssel zur Sicherstellung, dass Produkte den Anforderungen der Automobilindustrie entsprechen.

Bei HILPCB fertigen wir nicht nur Leiterplatten – wir streben danach, Ihr Zuverlässigkeitspartner im Bereich der Automobilelektronik zu sein. Durch unseren rigorosen NPI EVT/DVT/PVT-Prozess helfen wir Kunden, Herausforderungen von der funktionalen Sicherheit (ISO 26262) bis zur Produktionskonsistenz (PPAP) zu meistern und stellen sicher, dass Ihre ADAS- und EV-Leistungs-PCBs selbst unter härtesten Bedingungen außergewöhnlich funktionieren.

AEC-Q/ISO 26262 überbrücken: Strenge Automobilanforderungen von der Entwicklung bis zur Massenproduktion

In der Automobilindustrie müssen alle elektronischen Komponenten im Rahmen anerkannter Qualitäts- und Sicherheitsstandards entwickelt werden. ISO 26262 für funktionale Sicherheit und die AEC-Q-Serie für Zuverlässigkeit sind zwei unüberwindbare Berge, und der NPI EVT/DVT/PVT-Prozess ist der Fahrplan, um sie zu bezwingen.

• ISO 26262 und ASIL-Levels: Dieser Standard zielt darauf ab, Risiken zu mindern, die durch Ausfälle elektronischer Systeme verursacht werden. Von ASIL-A bis ASIL-D stellen höhere Sicherheitsstufen strengere Anforderungen an die Kontrolle zufälliger und systematischer Fehler in der Hardware (einschließlich PCBs). Zum Beispiel muss das PCB-Design eines ASIL-D-bewerteten ADAS-Controllers redundante Pfade, eine Fehlerdiagnoseabdeckung sowie strenge elektrische Luft- und Kriechstrecken umfassen, um Hochspannungsübersprechen oder Kurzschlüsse zu verhindern.
• Auswirkungen von AEC-Q100/200: Während AEC-Q100 (integrierte Schaltkreise) und AEC-Q200 (passive Komponenten) auf einzelne Komponenten abzielen, beeinflussen sie das PCB-Design und die Bestückung maßgeblich. Die Auswahl AEC-Q-konformer Komponenten ist grundlegend, aber noch wichtiger ist, dass die Design- und Herstellungsprozesse der Leiterplatte den Belastungen standhalten müssen, denen diese Komponenten in Automobilumgebungen ausgesetzt sind. Zum Beispiel gewährleistet die Wahl von High Tg PCB-Materialien mechanische Festigkeit und elektrische Leistung bei 125 °C oder höher und verhindert Delamination oder CAF-Fehler (Conductive Anodic Filament).
• Proaktive Rolle von DFM/DFT/DFA-Überprüfungen: In den frühesten NPI-Phasen ist eine gründliche DFM/DFT/DFA-Überprüfung (Design for Manufacturability/Testability/Assembly) entscheidend. Diese Überprüfung übersetzt ISO 26262- und AEC-Q-Anforderungen in spezifische PCB-Layouts und Prozessparameter, wodurch Herstellungs- und Zuverlässigkeitsfallen proaktiv vermieden werden.

Kern-NPI-Phasen: Ziele und Testschwerpunkte von EVT/DVT/PVT

Jede Phase von NPI EVT/DVT/PVT hat unterschiedliche Ziele und Validierungsprioritäten, die schrittweise die funktionale, Leistungs- und Herstellbarkeitsreife sicherstellen.

• EVT (Engineering Validation Test):

  • Ziel: Überprüfen, ob die grundlegenden Designfunktionen den Erwartungen entsprechen, typischerweise durchgeführt an einer kleinen Anzahl von handgefertigten oder schnellen Prototypen.
  • Fokus: Kernschaltungsfunktionalität, vorläufige Signalintegritätsbewertung und Stabilität der Stromversorgungsschienen. In dieser Phase lautet die Frage "Ist das Design korrekt?" und nicht "Ist das Produkt gut?". Zum Beispiel die Validierung, ob die Bildsensordaten einer ADAS-Kamera korrekt vom Prozessor empfangen werden.

• DVT (Design Validation Test):

  • Ziel: Dies ist die umfassendste und strengste Phase, die darauf abzielt zu überprüfen, ob das Produkt alle Leistungs-, Umwelt- und Zuverlässigkeitsspezifikationen vollständig erfüllt. Muster stammen typischerweise aus Pilotproduktionslinien, die Massenproduktionsprozessen ähneln.

• Fokus: Als Zuverlässigkeitsingenieur liegen hier meine Hauptaufgaben. Wir führen umfassende Umweltstresstests durch, darunter:

  • Temperaturwechseltest (TWT): Simuliert extreme Temperaturschwankungen von kalten Winterstarts bis zum heißen Sommerbetrieb in Fahrzeugen.
  • Thermoschocktest (TST): Stärkere Temperaturänderungen als TWT, prüft die Ermüdungsbeständigkeit von Lötstellen und Materialien.
  • Vibration und mechanischer Schock: Simuliert Stöße und Aufprälle unter verschiedenen Straßenbedingungen.
  • Hochspannungs-/Hochtemperatur-Sperrvorspannung (HV/HTRB) und Hochtemperatur-Betriebslebensdauer (HTOL): Bewertet die Verschlechterung der elektrischen Leistung unter anhaltenden Hochspannungs- und Hochtemperaturbedingungen.
  • Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV): Stellt sicher, dass das Produkt weder andere Geräte stört noch von externen elektromagnetischen Feldern beeinflusst wird.

• PVT (Produktionsvalidierungstest):

  • Ziel: Validiert, ob die Produktionslinie und die Herstellungsprozesse stabil, wiederholbar und in der Lage sind, konsequent qualifizierte Produkte innerhalb der vorgegebenen Taktzeit zu produzieren.

• Fokus: Verwendet Werkzeuge, Ausrüstung und Personal der Massenproduktion für die Versuchsproduktion. Zu den Kernaktivitäten gehören Run@Rate (Produktionsläufe mit voller Geschwindigkeit) zur Bewertung der tatsächlichen Produktionskapazität und das Sammeln von Prozessdaten für die SPC (Statistische Prozesskontrolle)-Analyse zur Berechnung von Cpk/Ppk-Werten, um sicherzustellen, dass die Prozessfähigkeit die Anforderungen erfüllt. Der Erfolg in dieser Phase bedeutet, dass eine ausgereifte schlüsselfertige PCBA-Lösung für die Massenproduktion bereit ist.

### PPAP/APQP Dokumentation und Compliance-Grundlagen: Der Eckpfeiler der Qualitätskonstruktion

Wenn NPI EVT/DVT/PVT den „Ausführungs“-Aspekt der Validierung darstellt, dann dienen APQP (Advanced Product Quality Planning) und PPAP (Production Part Approval Process) als dessen „theoretisches“ und „dokumentarisches“ Rückgrat. Dieses System stellt sicher, dass die gesamte Lieferkette – von Lieferanten bis zu OEMs – dieselbe Qualitätssprache spricht.

• APQP (Advanced Product Quality Planning): Dies ist ein strukturierter Prozess, der die Schritte zur Entwicklung neuer Produkte definiert. Er unterteilt den gesamten Entwicklungsprozess in fünf Phasen, vom Konzeptvorschlag bis zum Feedback nach der Massenproduktion, und stellt sicher, dass alle Phasen ordnungsgemäß geplant und kontrolliert werden.
• PPAP (Production Part Approval Process): PPAP ist eines der Ergebnisse von APQP, ein standardisierter Satz von Dokumenten, der verwendet wird, um zu zeigen, dass der Produktionsprozess eines Lieferanten bereit und in der Lage ist, Produkte konsistent herzustellen, die den Kundenanforderungen entsprechen. Zu seinen Kerndokumenten gehören:
  • Design Record (Konstruktionsaufzeichnung): Enthält Gerber-Dateien für PCBs, Spezifikationen usw.
  • Process Flow Diagram (Prozessflussdiagramm): Veranschaulicht klar jeden Schritt von den Rohmaterialien bis zum Versand des fertigen Produkts.
  • PFMEA (Process Failure Mode and Effects Analysis - Prozess-Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse): Identifiziert proaktiv alle potenziellen Fehlermodi im Produktionsprozess und entwickelt vorbeugende Maßnahmen.
• Kontrollplan: Beschreibt, wie Produkt- und Prozessmerkmale in jeder Produktionsphase überwacht werden.
• Erste Prozessstudie: Zeigt Prozessstabilität und -fähigkeit (Cpk > 1,67 ist eine gängige Anforderung in der Automobilindustrie) mithilfe von SPC-Tools wie X-quer- und R-Karten.
• Erstmusterprüfung (EMP): Der Erstmusterprüfbericht ist ein zentrales Ergebnis des PPAP. Er überprüft die Korrektheit der Produktionseinrichtung durch vollständige Dimensionsmessungen und Funktionstests an der ersten Charge offiziell produzierter Muster. Ein qualifizierter Erstmusterprüfbericht (EMP) dient als "Pass" für die Einführung der Massenproduktion.

PCB-Angebot einholen

Umwelt- und Zuverlässigkeitstests: Validierung der Leiterplattenleistung unter extremen Bedingungen

Als Zuverlässigkeitsingenieur sind Umwelt- und Zuverlässigkeitstests während der DVT-Phase der Kern meiner Arbeit. Automobil-Leiterplatten, insbesondere solche, die in ADAS- und EV-Antriebssträngen verwendet werden, müssen ihre Leistung in weitaus raueren Umgebungen aufrechterhalten als Unterhaltungselektronik.

• Wärmemanagement und Materialauswahl: IGBT- oder SiC-Leistungsbauelemente in EV-Leistungsmodulen erzeugen erhebliche Wärme, was extrem hohe Anforderungen an die Wärmeableitungsfähigkeiten der Leiterplatte stellt. Wir empfehlen typischerweise die Verwendung von Dickkupfer-Leiterplatten, bei denen die verdickten Kupferschichten nicht nur hohe Ströme führen, sondern auch als hervorragende Wärmeableitungspfade dienen. In Kombination mit Wärmeleitmaterialien und Kühlkörpern wird so sichergestellt, dass die Sperrschichttemperaturen kritischer Komponenten innerhalb sicherer Grenzen bleiben.
• Mechanische Beanspruchung und Strukturdesign: Kontinuierliche Vibrationen während des Fahrzeugbetriebs stellen eine erhebliche Herausforderung für Lötstellen dar, insbesondere für die von großen BGA- und QFN-Gehäusen. Während der Entwurfsphase simulieren wir die Spannungsverteilung mittels Finite-Elemente-Analyse (FEA) und validieren sie physisch während des DVT durch Zufallsvibrations-, mechanische Schock- und Falltests. Für komplexe ADAS-Motherboards ermöglicht die HDI-Leiterplatten-Technologie eine höhere Verdrahtungsdichte und überlegene elektrische Leistung, während ihre Mikro-Blind- und Buried-Via-Strukturen eine bessere Vibrationsbeständigkeit bieten.
• Chemische und Feuchtigkeitskorrosion: In bestimmten Regionen können Streusalz im Winter und feuchte Klimazonen schwere Korrosion an exponierten Elektronikmodulen verursachen. Der Salzsprühtest (SST) ist ein entscheidender Test zur Bewertung der Korrosionsbeständigkeit von Leiterplatten und deren Beschichtungen (Schutzlack). Gemäß den OEM-Spezifikationen führen wir Salzsprühtests über Hunderte von Stunden durch, um sicherzustellen, dass Steckverbinder, Lötstellen und Leiterplattenoberflächen frei von funktionsbeeinträchtigender Korrosion bleiben.

✓ Mehrachsige Zufallsvibration: Simuliert Vibrationsbelastungen aus realen Straßenbedingungen, um die mechanische Haltbarkeit zu bewerten.

✓ Transiente Impulse der Stromleitung: Simuliert Lastabwürfe, Überspannungen und andere Ereignisse des elektrischen Systems, um die Robustheit des Stromkreises zu überprüfen.