NPI EVT/DVT/PVT: Решение проблем надежности и безопасности высоковольтных печатных плат ADAS и EV в автомобильной промышленности

technology8 ноября 2025 г. 13 мин чтения

NPI EVT/DVT/PVTОбзор DFM/DFT/DFAПрослеживаемость/MESПроверка первого образца (FAI)Boundary-Scan/JTAGPCBA под ключ

Как инженер по надежности, специализирующийся на оценке срока службы в условиях соляного тумана, термического шока и широкого диапазона температур для автомобильных стандартов, я глубоко понимаю, что цель "нулевого дефекта" в автомобильной электронике — это не просто лозунг, а строгая практика, внедренная на каждом этапе жизненного цикла продукта. Особенно в критически важных для безопасности областях, таких как усовершенствованные системы помощи водителю (ADAS) и управление питанием электромобилей (EV), надежность печатных плат (PCB) напрямую связана с безопасностью пассажиров. Чтобы успешно преобразовать инновационную концепцию дизайна в стабильный модуль, развернутый в миллионах транспортных средств, единственный путь — это соблюдение структурированного и проверяемого процесса внедрения нового продукта (NPI). В рамках этой структуры NPI EVT/DVT/PVT (тестирование валидации инженерии/дизайна/производства) формирует основной цикл валидации от прототипа до массового производства, служа ключом к обеспечению соответствия продуктов автомобильным требованиям.

В HILPCB мы не просто производим печатные платы — мы стремимся быть вашим партнером по надежности в области автомобильной электроники. Благодаря нашему строгому процессу NPI EVT/DVT/PVT мы помогаем клиентам решать задачи, начиная от функциональной безопасности (ISO 26262) и заканчивая стабильностью производства (PPAP), гарантируя, что ваши печатные платы ADAS и EV-питания будут работать исключительно даже в самых суровых условиях.

Соединяя AEC-Q/ISO 26262: Строгие автомобильные требования от разработки до массового производства

В автомобильной промышленности все электронные компоненты должны разрабатываться в рамках признанных стандартов качества и безопасности. ISO 26262 для функциональной безопасности и серия AEC-Q для надежности — это две непреодолимые вершины, а процесс NPI EVT/DVT/PVT — это дорожная карта для их покорения.

ISO 26262 и уровни ASIL: Этот стандарт направлен на снижение рисков, вызванных отказами электронных систем. От ASIL-A до ASIL-D, более высокие уровни безопасности налагают более строгие требования к контролю случайных и систематических отказов в аппаратном обеспечении (включая печатные платы). Например, конструкция печатной платы контроллера ADAS с рейтингом ASIL-D должна включать избыточные пути, покрытие диагностики неисправностей и строгие электрические зазоры и пути утечки для предотвращения перекрестных помех высокого напряжения или коротких замыканий.
Влияние AEC-Q100/200: Хотя AEC-Q100 (интегральные схемы) и AEC-Q200 (пассивные компоненты) нацелены на отдельные компоненты, они глубоко влияют на проектирование и сборку печатных плат. Выбор компонентов, соответствующих AEC-Q, является основополагающим, но, что более важно, процессы проектирования и производства печатных плат должны выдерживать нагрузки, которым эти компоненты подвергаются в автомобильной среде. Например, выбор материалов для печатных плат с высоким Tg обеспечивает механическую прочность и электрические характеристики при 125°C или выше, предотвращая расслоение или отказы CAF (Conductive Anodic Filament).
Проактивная роль обзоров DFM/DFT/DFA: На самых ранних этапах NPI критически важен тщательный обзор DFM/DFT/DFA (Design for Manufacturability/Testability/Assembly). Этот обзор переводит требования ISO 26262 и AEC-Q в конкретные топологии печатных плат и параметры процесса, превентивно избегая производственных и надежностных проблем.

Основные этапы NPI: Цели и фокус тестирования EVT/DVT/PVT

Каждый этап NPI EVT/DVT/PVT имеет свои отличительные цели и приоритеты валидации, постепенно обеспечивая функциональную зрелость, производительность и технологичность.

EVT (Engineering Validation Test):
- Цель: Проверить, соответствуют ли базовые функции дизайна ожиданиям, обычно выполняется на небольшом количестве образцов, собранных вручную или быстрых прототипов.
- Фокус: Основная функциональность схемы, предварительная оценка целостности сигнала и стабильность шин питания. На этом этапе вопрос звучит как "Правилен ли дизайн?", а не "Хорош ли продукт?". Например, проверка того, правильно ли данные датчика изображения камеры ADAS принимаются процессором.
DVT (Design Validation Test):
- Цель: Это наиболее всеобъемлющий и строгий этап, направленный на проверку того, полностью ли продукт соответствует всем спецификациям по производительности, окружающей среде и надежности. Образцы обычно берутся с пилотных производственных линий, которые приближены к процессам массового производства.
Направление: Как инженер по надежности, здесь лежат мои основные обязанности. Мы проводим комплексные испытания на воздействие окружающей среды, включая:
- Испытание на температурные циклы (TCT): Имитирует экстремальные колебания температуры от холодного зимнего запуска до работы в жаркое лето в транспортных средствах.
- Испытание на термошок (TST): Более резкие изменения температуры, чем при TCT, проверяющие усталостную прочность паяных соединений и материалов.
- Вибрация и механический удар: Имитирует удары и толчки в различных дорожных условиях.
- Обратное смещение при высоком напряжении/высокой температуре (HV/HTRB) и Срок службы при высокой температуре (HTOL): Оценивает деградацию электрических характеристик в условиях длительного воздействия высокого напряжения и высокой температуры.
- Электромагнитная совместимость (ЭМС): Гарантирует, что продукт не создает помех другим устройствам и не подвергается воздействию внешних электромагнитных полей.
PVT (Испытание на валидацию производства):
- Цель: Проверяет, являются ли производственная линия и производственные процессы стабильными, воспроизводимыми и способными последовательно производить квалифицированную продукцию в соответствии с заданным тактовым временем.
Фокус: Использует инструменты, оборудование и персонал массового производства для опытного производства. Основные действия включают Run@Rate (производственные циклы на полной скорости) для оценки фактической производственной мощности и сбор данных процесса для анализа SPC (Статистический контроль процессов) для расчета значений Cpk/Ppk, обеспечивая соответствие возможностей процесса требованиям. Успех на этом этапе означает, что зрелое готовое решение PCBA готово к массовому производству.

Процесс валидации NPI: От концепции до массового производства

Фаза	Основная цель	Ключевые действия и тесты	Источник образцов
EVT	Проверка базовых функций и концепций дизайна	Функциональная отладка, предварительное тестирование целостности сигнала, проверка шин питания	Инженерные образцы/Быстрые прототипы
DVT	Комплексная проверка производительности, надежности и соответствия нормативным требованиям	Термический шок, вибрация, ЭМС, HTOL, соляной туман, полное функциональное тестирование	Пилотное производство (близкое к процессу массового производства)
PVT	Проверка стабильности и мощности процесса массового производства	Run@Rate, анализ SPC/Cpk, инспекция первого образца (FAI), мониторинг выхода годных изделий	Официальная линия массового производства

### Основные аспекты документации и соответствия PPAP/APQP: Краеугольный камень качественного производства

Если NPI EVT/DVT/PVT представляет собой аспект «исполнения» валидации, то APQP (Advanced Product Quality Planning) и PPAP (Production Part Approval Process) служат ее «теоретической» и «документационной» основой. Эта система гарантирует, что вся цепочка поставок — от поставщиков до OEM-производителей — говорит на одном языке качества.

APQP (Advanced Product Quality Planning): Это структурированный процесс, который определяет шаги, необходимые для разработки новых продуктов. Он делит весь процесс разработки на пять фаз, от предложения концепции до обратной связи после массового производства, обеспечивая надлежащее планирование и контроль всех этапов.
PPAP (Production Part Approval Process): PPAP является одним из результатов APQP, стандартизированным набором документов, используемых для демонстрации того, что производственный процесс поставщика готов и способен последовательно производить продукцию, соответствующую требованиям заказчика. Его основные документы включают:
- Design Record (Конструкторская документация): Включает Gerber-файлы для печатных плат, спецификации и т. д.
- Process Flow Diagram (Схема технологического процесса): Четко иллюстрирует каждый шаг от сырья до отгрузки готовой продукции.
- PFMEA (Process Failure Mode and Effects Analysis - Анализ видов и последствий потенциальных отказов процесса): Проактивно выявляет все потенциальные виды отказов в производственном процессе и разрабатывает превентивные меры.
План контроля: Подробно описывает, как характеристики продукта и процесса контролируются на каждом этапе производства.
Первоначальное исследование процесса: Демонстрирует стабильность и возможности процесса (Cpk > 1,67 является общим требованием в автомобильной промышленности) с использованием инструментов SPC, таких как карты X-bar и R.
Проверка первого образца (FAI): Отчет о проверке первого образца является ключевым результатом PPAP. Он подтверждает правильность производственной настройки путем проведения полноразмерных измерений и функциональных тестов на первой партии официально произведенных образцов. Квалифицированный отчет о проверке первого образца (FAI) служит "паспортом" для запуска массового производства.

Получить предложение по печатным платам

Экологические испытания и испытания на надежность: Проверка производительности печатных плат в экстремальных условиях

Как инженер по надежности, экологические испытания и испытания на надежность на этапе DVT являются основой моей работы. Автомобильные печатные платы, особенно те, что используются в системах ADAS и силовых агрегатах электромобилей, должны сохранять работоспособность в гораздо более суровых условиях, чем потребительская электроника.

Терморегулирование и выбор материалов: Мощные устройства IGBT или SiC в силовых модулях электромобилей генерируют значительное тепло, что предъявляет чрезвычайно высокие требования к возможностям рассеивания тепла печатной платой. Мы обычно рекомендуем использовать печатные платы с толстым слоем меди, где утолщенные медные слои не только пропускают высокие токи, но и служат отличными путями рассеивания тепла. В сочетании с термоинтерфейсными материалами и радиаторами это гарантирует, что температуры переходов критически важных компонентов остаются в безопасных пределах.
Механические напряжения и структурный дизайн: Постоянные вибрации во время эксплуатации автомобиля представляют собой серьезную проблему для паяных соединений, особенно для крупных корпусов BGA и QFN. На этапе проектирования мы моделируем распределение напряжений с использованием метода конечных элементов (FEA) и физически проверяем его во время DVT посредством испытаний на случайную вибрацию, механический удар и падение. Для сложных материнских плат ADAS технология HDI PCB обеспечивает более высокую плотность монтажа и превосходные электрические характеристики, а ее структуры с микро-слепыми и скрытыми переходными отверстиями обеспечивают лучшую виброустойчивость.
Химическая и влажностная коррозия: В некоторых регионах дорожные противогололедные реагенты (соль) зимой и влажный климат могут вызывать сильную коррозию открытых электронных модулей. Испытание в соляном тумане (SST) является критически важным тестом для оценки коррозионной стойкости печатных плат и их покрытий (конформное покрытие). В соответствии со спецификациями OEM, мы проводим испытания в соляном тумане продолжительностью в сотни часов, чтобы гарантировать, что разъемы, паяные соединения и поверхности печатных плат остаются свободными от коррозии, влияющей на функциональность.

Ключевые моменты испытаний на надежность автомобильной электроники

✓ Термический шок (от -40°C до +125°C/150°C): Проверяет целостность паяных соединений и материалов в условиях экстремальных перепадов температур.
✓ Влажность под напряжением (Biased Humidity): Применяет напряжение в условиях высокой температуры и высокой влажности для оценки рисков CAF (проводящих анодных нитей).

✓ Многоосная случайная вибрация: Имитирует вибрационные нагрузки от реальных дорожных условий для оценки механической долговечности.

✓ Переходные импульсы линии электропередачи: Имитирует сброс нагрузки, скачки напряжения и другие события электрической системы для проверки надежности силовой цепи.

Управление процессами и отслеживаемость: Использование отслеживаемости/MES для управления качеством больших данных

В автомобильной промышленности неспособность отслеживать проблемы качества означает катастрофу. Таким образом, надежная система отслеживаемости/MES (Manufacturing Execution System) является стандартным требованием для производства автомобильного класса.

Эта система присваивает уникальный QR-код или серийный номер каждой печатной плате (PCBA) и записывает всю информацию о ее жизненном цикле:

Информация о материалах: Какая партия печатных плат была использована, а также поставщики и партии компонентов.
Параметры производственного процесса: Температурные профили пайки оплавлением, изображения инспекции AOI (автоматический оптический контроль) и рентгеновской инспекции, данные испытаний ICT (внутрисхемный тест) и FCT (функциональный тест).
Персонал и оборудование: Какой оператор выполнял конкретные процессы, на каком оборудовании и в какое время. Эта гранулированная система отслеживаемости/MES не только позволяет быстро идентифицировать затронутые партии в случае проблем, облегчая точные отзывы, но, что более важно, предоставляет огромные объемы данных для постоянного улучшения. Благодаря анализу больших данных мы можем выявить ключевые факторы, влияющие на производительность, и внедрить целенаправленные оптимизации. Кроме того, для сложных HDI печатных плат или плат высокой плотности система MES, интегрированная с тестированием Boundary-Scan/JTAG, может выполнять тесты электрических соединений на паяных соединениях BGA, недоступных для физических зондов, значительно улучшая охват тестирования и возможности раннего обнаружения дефектов.

Наращивание массового производства: От пилотного производства к плавному переходу в массовое производство

Успешное завершение фазы PVT указывает на то, что продукт и процессы готовы к массовому производству. Этот переход должен быть плавным и контролируемым.

Run@Rate и проверка мощности: Run@Rate, проводимый на этапе PVT, направлен на имитацию реальных условий массового производства, проверяя, может ли производственная линия стабильно выпускать достаточное количество продукции, соответствующей требованиям качества, в течение заданного времени. Это комплексное стресс-тестирование всей производственной системы, включая оборудование, персонал, логистику и цепочку поставок.
Непрерывное улучшение и отчеты 8D: Даже на ранних стадиях массового производства могут возникнуть непредвиденные проблемы. В этот момент крайне важен структурированный процесс решения проблем. Методология 8D (8 Дисциплин), широко применяемая в автомобильной промышленности, обеспечивает полный замкнутый цикл процесса от описания проблемы, мер по локализации, анализа первопричин до проверки постоянных корректирующих действий, гарантируя тщательное решение проблем и их неповторение.
Бесшовные услуги PCBA под ключ: Для многих компаний, занимающихся автомобильной электроникой, партнерство с поставщиком, таким как HILPCB, предлагающим комплексные услуги PCBA под ключ, может значительно упростить процесс наращивания массового производства. Мы управляем всем рабочим процессом от производства печатных плат, закупки компонентов, SMT-монтажа до тестирования и окончательной сборки, обеспечивая бесшовную координацию между всеми этапами. Надежный процесс анализа DFM/DFT/DFA устраняет многие потенциальные проблемы на ранних этапах проекта, делая переход от PVT к массовому производству более плавным.

Ценность производства и сборки автомобильного класса от HILPCB

В HILPCB мы глубоко понимаем экстремальные требования к надежности и согласованности в автомобильной электронике. Мы предоставляем не просто печатные платы, а полную систему обеспечения качества.

Комплексная поддержка NPI: От ранних обзоров DFM до полной поддержки тестирования DVT и валидации процесса PVT, мы участвуем на всех этапах, чтобы обеспечить успешное массовое производство вашего проекта.
Надежный контроль процессов: Наша производственная линия оснащена передовым мониторингом SPC и комплексной системой Прослеживаемости/MES, обеспечивающей контролируемое и отслеживаемое качество для каждого продукта.
Комплексное решение: Наша услуга Сборки под ключ охватывает все потребности от прототипирования до массового производства, избавляя вас от необходимости управлять несколькими поставщиками и ускоряя вывод продукции на рынок.
Опытная инженерная команда: Наша инженерная команда владеет автомобильными стандартами, такими как ISO 26262 и AEC-Q, предоставляя профессиональные рекомендации по проектированию и тестированию надежности.

Заключение

Подводя итог, NPI EVT/DVT/PVT — это не просто серия испытаний, это основная инженерная методология для преобразования инновационных разработок в безопасную и надежную автомобильную электронику. Для высоконадежных и высокобезопасных приложений, таких как ADAS и силовые печатные платы для электромобилей, любое упрощение или пренебрежение этим процессом может привести к катастрофическим последствиям. Каждый шаг критически важен: от проектирования функциональной безопасности в соответствии с ISO 26262 до планирования качества посредством APQP/PPAP и полного мониторинга процесса через систему Traceability/MES.

В HILPCB мы стремимся быть вашим самым надежным партнером. Благодаря нашему строгому процессу NPI EVT/DVT/PVT и профессиональным инженерным возможностям мы помогаем вам успешно справляться с автомобильными вызовами и превращать выдающиеся разработки в надежные продукты, движущиеся по дорогам мира.