В условиях стремительного развития автомобильной электроники в направлении передовых систем помощи водителю (ADAS) и высоковольтных силовых систем электромобилей (EV), компоненты печатных плат сталкиваются с беспрецедентно суровыми условиями эксплуатации. Такие факторы, как вибрация, удары, экстремальные температурные циклы, влажность и химическая коррозия, представляют серьезную угрозу для долгосрочной надежности электронных блоков управления (ЭБУ). Заливка/герметизация, как критически важный защитный процесс, эволюционировала от простой физической защиты до ключевой инженерной технологии, обеспечивающей функциональную безопасность, электромагнитную совместимость (ЭМС) и тепловое управление. Погружая всю или часть печатной платы (PCBA) в жидкую смолу и отверждая ее для формирования прочного защитного слоя, этот процесс служит краеугольным камнем для соответствия автомобильным стандартам, таким как ISO 26262.
Как инженеры автомобильных электронных систем, мы понимаем, что успешное решение по заливке/герметизации выходит далеко за рамки выбора правильного материала. Оно требует глубокой интеграции с проектированием печатных плат, выбором компонентов, производственными процессами и стратегиями тестирования для формирования комплексной системы обеспечения надежности. Эта статья рассмотрит с различных точек зрения, таких как функциональная безопасность, адаптивность к окружающей среде, проектирование ЭМС, контроль качества и передовые производственные испытания, как заливка/герметизация помогает инженерам справляться с проектными задачами автомобильной электроники.
Критическая роль заливки/герметизации в функциональной безопасности ISO 26262
В рамках стандарта ISO 26262 цели безопасности для таких систем, как ADAS и электропитание EV, разбиваются на конкретные аппаратные и программные уровни с присвоением соответствующих уровней полноты безопасности автомобиля (ASIL). Для систем, достигающих ASIL-D, риск случайных аппаратных сбоев должен строго контролироваться. Заливка/герметизация играет здесь ключевую роль.
Во-первых, она значительно снижает вероятность отказов паяных соединений из-за механических напряжений, обеспечивая исключительную механическую поддержку и виброустойчивость, что напрямую улучшает метрику отказов в одной точке (SPFM) и метрику скрытых отказов (LFM) оборудования. Во-вторых, изоляционные свойства заливочных материалов эффективно предотвращают электрические короткие замыкания, вызванные проникновением влаги, пыли или соляного тумана, что является ключом к снижению потенциальных рисков безопасности. На протяжении фаз NPI EVT/DVT/PVT (инженерные/конструкторские/производственные валидационные испытания при внедрении нового продукта) мы тщательно подвергаем залитые модули ускоренным ресурсным испытаниям, чтобы проверить их способность поддерживать цели функциональной безопасности на протяжении всего жизненного цикла автомобиля. HILPCB, обладая опытом в высоконадежном прототипировании/мелкосерийном производстве, может сочетать мелкосерийную сборку для ранней проверки критически важных производственных и испытательных стратегий.
Работа в суровых условиях: Синергетический дизайн заливки/герметизации и компонентов автомобильного класса
В таких областях, как моторный отсек или шасси, рабочие температуры могут резко колебаться от -40°C до более 150°C, сопровождаясь непрерывной вибрацией и ударами. Это требует, чтобы все электронные компоненты не только соответствовали стандартам AEC-Q100 (интегральные схемы) или AEC-Q200 (пассивные компоненты), но и проходили строгую конструкцию с учетом снижения номинальных характеристик (derating).
Заливка/герметизация обеспечивает здесь двойную защиту. С одной стороны, она надежно закрепляет все компоненты на печатной плате (PCB), образуя монолитную структуру, которая значительно повышает устойчивость к вибрации и ударам. С другой стороны, теплопроводящие заливочные компаунды эффективно передают тепло от критически важных чипов (например, процессоров, силовых MOSFET) к корпусу или радиаторам, оптимизируя тепловое управление и обеспечивая работу компонентов в безопасных диапазонах температур с учетом снижения номинальных характеристик. Выбор заливочных материалов с согласованными коэффициентами теплового расширения (КТР) имеет решающее значение для предотвращения внутренних микротрещин или усталости паяных соединений, вызванных несоответствием напряжений между материалами и компонентами во время температурных циклов. При проектировании высокотемпературных печатных плат (High-Tg PCBs) мы совместно учитываем свойства заливочного материала для обеспечения термомеханической стабильности всей сборки.
Ключевые аспекты проектирования для заливки/герметизации
- Выбор материала: Выбирайте эпоксидную смолу, полиуретан или силикон в зависимости от рабочей температуры, требований к изоляции, потребностей в теплопроводности и химической стойкости.
- Терморегулирование: Отдавайте предпочтение компаундам с высокой теплопроводностью и включайте конструкции для рассеивания тепла, чтобы избежать накопления горячих точек.
- Контроль напряжений: Выбирайте гибкие материалы с низким КТР и низким модулем Юнга для снижения механических напряжений на чувствительных компонентах (например, BGA, керамические конденсаторы).
- Контроль процесса: Точно контролируйте соотношения смешивания, вакуумную дегазацию и профили отверждения, чтобы предотвратить образование пузырьков и обеспечить стабильное качество заливки.
- Проектирование для тестируемости: Зарезервируйте необходимые тестовые точки или интерфейсы на этапе проектирования и рассмотрите, как проводить эффективное внутрисхемное тестирование (ICT) или функциональное тестирование (FCT) после заливки.
Оптимизация характеристик ЭМС: Интегрированные стратегии экранирования, фильтрации и заливки/герметизации
С широким распространением высокочастотных радаров в системах ADAS и высокоскоростных коммутационных устройств в силовых системах электромобилей (EV) проектирование электромагнитной совместимости (ЭМС) становится все более сложным. Соответствие стандартам, таким как CISPR 25 и ISO 11452, является обязательным требованием для утверждения продукции. Традиционные решения ЭМС основаны на металлических экранирующих корпусах, конструкциях заземления и фильтрующих цепях.
Заливка/герметизация предлагает новый подход к проектированию ЭМС. Добавление проводящих наполнителей (например, серебряного или никелевого порошка) в заливочные материалы позволяет достичь эффективности электромагнитного экранирования, формируя «конформный экранирующий слой», который эффективно подавляет утечку электромагнитных помех (ЭМП). По сравнению с традиционными металлическими экранами, этот метод предлагает такие преимущества, как меньший вес, более низкая стоимость и большая гибкость конструкции. На протяжении всего процесса NPI EVT/DVT/PVT мы проводим всесторонние испытания ЭМС на залитых модулях, чтобы убедиться, что они соответствуют строгим автомобильным стандартам.
От NPI к массовому производству: Обеспечение качества и прослеживаемость для процессов заливки/герметизации
Переход от лабораторного решения по заливке к массовому производству требует надежных систем управления качеством. Именно здесь вступают в игру APQP (Advanced Product Quality Planning) и PPAP (Production Part Approval Process). Для процессов заливки мы определяем подробные Планы контроля, охватывающие ключевые параметры процесса (KPC), такие как управление партиями материалов, соотношения смешивания, время дегазации, температура и продолжительность отверждения. Проверка первого образца (FAI) является критически важным шагом в проверке стабильности процессов массового производства. Путем анализа поперечного сечения, рентгеновского контроля и всесторонних электрических и экологических испытаний первой партии залитых продуктов мы обеспечиваем полное соответствие производственного процесса требованиям дизайна. Кроме того, создание надежной системы Прослеживаемости позволяет нам сопоставлять номер партии заливочного материала каждого продукта, параметры процесса и окончательные результаты испытаний. В случае возникновения проблем это позволяет быстро определить затронутую область и инициировать процесс 8D (8 дисциплин решения проблем). Комплексная услуга по сборке печатных плат HILPCB строго соответствует стандартам качества автомобильной промышленности, гарантируя, что каждый этап производства контролируем и прослеживаем.
Ценность услуг HILPCB по заливке/герметизации автомобильного класса
В HILPCB мы не просто производители, а ваши инженерные партнеры. Мы глубоко понимаем ключевую роль заливки/герметизации в автомобильной электронике и предоставляем всестороннюю поддержку от выбора материалов и разработки процессов до массового производства.
- Экспертная поддержка: Наша инженерная команда владеет стандартами ISO 26262 и AEC-Q, помогая вам планировать оптимальное решение по заливке уже на этапе проектирования.
- Передовые процессы: Мы используем автоматизированное вакуумное заливочное оборудование и строгий контроль процессов для обеспечения качества заливки без пустот и с высокой однородностью.
- Комплексная валидация: Мы интегрируем полные возможности валидации от Проверки первого образца (FAI) до испытаний на воздействие окружающей среды и надежность, ускоряя ваш выход на рынок.
- Система качества: Мы следуем процессам APQP и PPAP, предоставляя полную документацию по качеству и поддержку отслеживаемости для удовлетворения самых строгих требований автомобильных клиентов.
Выбор материалов и применение (Примеры)
| Материальная система | Характеристики | Типичные сценарии |
|---|---|---|
| Эпоксидная смола | Высокая прочность, химическая стойкость, высокая теплопроводность | Модули питания/высоковольтные модули |
| Полиуретан | Гибкий, виброустойчивый, низкое напряжение | Сценарии, устойчивые к вибрации/ударам |
| Силикон | Широкий температурный диапазон, диэлектрическая стабильность | Условия экстремальных температур/влажности или перепадов температур |
Примечание: Только для иллюстрации. Фактические спецификации должны соответствовать техническим паспортам материалов, образцам FAI и требованиям заказчика.
Технологическое окно (Пример)
| Фактор | Типичный Диапазон | Ключевые Моменты |
|---|---|---|
| Соотношение Смешивания/Вязкость | Согласно техническому паспорту поставщика | Контролировать отклонения во избежание пузырьков/сегрегации |
| Дегазация и инфузия | Вакуум/медленная инфузия | Избегать захвата воздуха; сегментация сложных геометрий |
| Температура/время отверждения | Комнатная температура/нагрев (напр., 1–4 ч) | Кривая отверждения, записанная в MES |
Примечание: Окно является общим примером; для получения конкретных сведений обращайтесь к техническим паспортам материалов, образцам FAI и SOP/MES.
## Матрица покрытия тестов (EVT/DVT/PVT)| Фаза | FPT/ICT | Boundary‑Scan | Экологический/Надежность |
|---|---|---|---|
| EVT | Высокое покрытие FPT | Выборка | Функциональная выборка/повышение температуры |
| DVT | Улучшение покрытия ICT | Ключевые компоненты 100% | Термический цикл/Вибрация/Соляной туман |
| PVT/MP | Высокое покрытие ICT | Выборка/Онлайн | Выборка ESS |
Примечание: Матрица является примером; подлежит стандартам заказчика и финализации NPI.
Данные и SPC (Пример полей)
| Категория | Ключевые поля | Описание |
|---|---|---|
| Процесс заливки | Соотношение смешивания, Дегазация, Кривая отверждения, Номер партии | Тренд SPC и изоляция несоответствий |
| Электрические испытания | Процент прохождения ICT/FCT, Потребляемая мощность/Повышение температуры | Верификация влияния процесса с обратной связью |
Примечание: Поля являются примерами; окончательные спецификации должны соответствовать требованиям заказчика и финализации FAI.
Процессы заливки представляют уникальные проблемы для производства и тестирования печатных плат (PCBA). Например, для [печатных плат с толстой медью](/products/heavy-copper-pcb), содержащих сквозные компоненты, пайка должна быть завершена до заливки. Здесь технология **селективной пайки волной** становится идеальным выбором благодаря ее способности точно контролировать области пайки, избегая теплового удара для соседних SMD-компонентов.Самая большая проблема заключается в тестировании. После заливки PCBA традиционное тестирование физическими зондами (ICT) становится чрезвычайно сложным. Поэтому необходимо уделять приоритетное внимание проектированию для тестируемости (DFT). Технология тестирования Boundary-Scan/JTAG (IEEE 1149.1) особенно важна здесь, поскольку она позволяет получать доступ и управлять выводами ИС через выделенные тестовые интерфейсы без контакта с внутренними узлами, тем самым обнаруживая обрывы цепи, короткие замыкания и функциональные сбои устройств. Кроме того, тщательная разработка оснастки (ICT/FCT) необходима для точного контакта с зарезервированными тестовыми точками или разъемами, надежно удерживая при этом модуль неправильной формы. Отличное решение по разработке оснастки (ICT/FCT) является обязательным условием для эффективного и надежного тестирования в массовом производстве.