从标准角度看汽车电子对PCB及CCL的要求_刘申兴.pdf

27 STANDARD SCIENCE2015 No 6 1 引 言 随着汽车需求的增加及智能化的发展 汽车电子 的需求越来越大 汽车电子占汽车总成本的比例也越 来越大 对于PCB行业来说 汽车电子是除手机 电 脑等以外的又一重要市场 对PCB及CCL厂商来说既 是机遇也是挑战 因而了解汽车电子对PCB及CCL的 要求也显得非常重要 标准作为一个公开可获得的资源 我们可以从中 筛选出汽车电子相关的标准进行研究和提取 进而能 从标准的角度得到汽车电子对PCB及CCL的要求 2 汽车电子供应链市场 2 1 汽车电子终端市场 根据业内机构统计 2014年全球汽车电子的规模 达2 000亿美元 其中中国的汽车电子规模达3 500亿 人民币 约占全球汽车电子规模的28 我国虽然汽 车电子规模庞大 但基本被外国厂商所占据 国内厂 商大部分集中在车载娱乐 导航设备等技术要求较低 的后装市场 全球十大汽车电子终端厂商为 博世 电装 大 陆 麦格纳 爱信精机 江森数控 德尔福 天合 现 从标准角度看汽车电子对PCB及CCL的要求 刘申兴 蔡巧儿 杨 艳 吴奕辉 广东生益科技股份有限公司 国家电子电路基材工程技术研究中心 摘 要 本文从SAE JASO JIS GB QC等标准中筛选出与PCB及CCL 覆铜箔层压板 相关的汽车标准 并 对这些标准进行研究分析 从而得到了汽车电子对PCB及CCL的要求 同时介绍了汽车电子产业链市场及含PCB 的汽车电子产品 并提出汽车电子对PCB及CCL的需求趋势 关键词 汽车电子 标准 研究 PCB CCL DOI编码 10 3969 j issn 1674 5698 2015 06 006 Study on Requirements of PCB and CCL in Automotive Electronics from Standards Perspective LIU Shen xing CAI Qiao er YANG Yan WU Yi hui National Engineering Research Center of Electronic Circuits Base Materials Shengyi Technology CO Ltd Abstract This paper selects the standards on PCB and CCL used in automotive electronics from SAE JASO JIS GB and QC etc researches and analyzes these standards to summarize the requirements of PCB and CCL And it also introduces the market of automotive electronics industry chain and automotive electronics products containing PCB At last it proposes the trend of demand for PCB and CCL used in automotive electronics Keywords automotive electronics standards research PCB CCL 作者简介 刘申兴 标准化工程师 主要从电子电路基材的标准化 标准化研究 标准查新 标准信息咨询等工作 Research on Standard Application 28 标 准 科 学 2015年第6期 代摩比斯 法雷奥 2 2 汽车用PCB市场 据统计 2013年整体汽车板的市场年产值接近 50亿美元 约8 的全球电路板产出 且比汽车产业 的成长速度还要快 因为会有更多的电子产品被导入 汽车产业 CCL作为PCB的必备原材料 平均约占PCB 成本的40 汽车用PCB厂商主要被日本和台湾所占据 排名 前20中 日本和台湾各占6席 其中最大的两家分别为 日本的中央铭版 CMK 和台湾的敬鹏 Chin Poon 3 汽车上的PCB产品 电子技术的应用几乎已经深入到汽车的所有系 统 电子产品占整车成本的比例逐年提高 2010年平 均每部车为35 左右 有的高端车达 40 50 电动 汽车更高 图1 汽车电子分类 汽车电子装置分非车载和车载两部分 如图1 所示 非车载电子装置是与计算机控制系统相关的电 子装置 它们的技术含量相当高 都直接影响到整车 的性能 非车载电子主要分为底盘系统 动力系统 车身系统 其他 主要以控制器为主 如自动变速控 制器 ABS控制器 发动机管理控制器 车身控制器 安全气囊控制器 还有一些是传感器 如集成电路电 压调节器 空气流量传感器等 车载汽车电子装置是在汽车环境下能够独立使 用的电子装置 它和汽车本身的性能无直接关系 包 括多媒体音响 导航系统 Telematics 远程通信信息 服务系统 行驶记录仪 ETC 不停车电子收费系 统 等 以上介绍的均为含PCB的电子产品 它们有个共 同的要求 工作温度必须符合 40 85 PCB一般 为FR4 厚度1 0 1 6mm 两层至六层之间 控制器特 殊位置的安装 如发动机控制器 是离发动机一定距 离空间安装 最大限度避开发动机工作时的最高温度 区 这时控制器对温度要求更苛刻 相对其他控制器 要耐高温一些 4 汽车电子PCB相关标准的研究 4 1 涉及标准 本次研究主要根据以下标准进行 SAE标准 美 国机动工程师协会标准 JASO标准 日本汽车工 业会标准 JIS标准 日本工业协会标准 国标 行 标 从这些标准中筛选出与PCB及CCL相关的标准 然而国际及国内专门针对汽车用PCB和CCL的标准很 少 只能从有限的标准中获取汽车电子对PCB及CCL 的要求 4 2 标准中提取的主要性能要求 从这些标准提取并归纳得到与PCB及CCL相关的 性能要求 通过按项目进行分类可归纳为26项性能 下面对其中汽车电子重点关注的性能进行分析 4 2 1 线性热膨胀系数 CTE 热膨胀系数直接影响电路的可靠性 汽车电子 对可靠性要求较高 CTE显得尤为重要 同时较低的 CTE还可降低CAF 离子迁移 的风险 这些标准中 主要是SAE J771 汽车印制电路 有所规定 要求 CTE小于或等于15 10 6 21 49 4 2 2 热冲击 热冲击是汽车电子一个重要要求 这是由汽车的 使用环境决定的 因为汽车要经受气候的温度变化 要求经受冷热冲击后其功能正常 这里大部分标准是对电子成品作规定 SAE J771 则是直接对PCB的规定 但仅限于酚醛板类 循环温 度为 34 5 24 80 24 车载娱乐及汽车测距对高温要求较低 如GB T 26775和GB T 21436分别对车载娱乐和汽车测距规 定 在 85 和 40 进行5个循环 其他的汽车电子 主要是非车载电子 则要求 较高 标准应用研究 29 STANDARD SCIENCE2015 No 6 1 JASO D001规定为 40 和高温之间进 行6次温度循环 高温则根据不同应用等级分为 Class1 85 Class2 75 Class3 120 Class4 双方商定 2 GB T 26149对胎压监测规定为 40 和 105 进行100次循环 3 GB T 28046 4规定 30个循环进行温度 循环试验 一个循环为500min 试验还包括了热浸 透温度 根据实际情况 Tmin可选择 20 30 或 40 Tmax为65 至160 的范围 4 行标QC T 413和QC T 774规定 在 40 处理2h 然后转换至120 处理2h 温度转换时间为 20s 30s 如此5个循环 4 2 3 湿热循环 此项用于考查汽车电子在经受湿热循环后功能 正常 主要使用以下两类处理条件 1 JASO D001 JASO D009 GB 20816 GB T 26776使用图2的条件进行处理10个循环 其中JASO D001及 JASO D009的高温条件为 Class1 75 Class2 65 Class3 100 125 GB 20816的高温 条件为 乘客厢或行李厢85 发动机舱125 GB T 26776的高温根据零件位置可选择85 125 140 靠近发动机时 图2 湿热循环a 2 GB T 21436 GB T 26149 QC T 413 QC T 774按图3进行处理10个循环 图3 湿热循环b 4 2 4 恒定湿热测试 JASO标准和国标对恒定湿热都有规定 主要是 模拟汽车电子在高湿环境下的可靠性 JASO D001 和JASO D009要求电子产品在55 2 95 5 R H 下运行94h后 其电压特性正常 GB T 28046 4则要 求电子产品能在40 2 和 93 3 R H 下持续21天 运行 4 2 5 低温保持和高温保持 低温保持普遍使用 40 JASO的规定高于国标 和行标 JASO要求处理时间为70h 而国标和行标要 求处理时间为1h至24h不等 要求工作特性正常 高温保持方面 JASO要求在高温下处理94h 国 标中GB T 26149对胎气压监测要求最高 为125 进 行1h 其他均为85 左右处理2h至48h不等 行标QC T 413和QC T 774则在130 处理8h 4 2 6 低温运行和高温运行 JASO和国标对低温运行和高温运行有着不同规 定 JASO的要求比国标更加苛刻 低温运行测试 JASO D001和JASO D009要求在 30 下使装置正常 运行70h GB T 28046 4则根据装置的使用位置选 择 20 30 或 40 持续运行24h 高温运行测试 JASO D001和JASO D009要求 根据电子产品应用的不同位置选择65 75 100 125 并接通电源处理118h 要求电压特性正 常 GB T 28046 4要求根据装置的使用位置选择 Research on Standard Application 30 标 准 科 学 2015年第6期 65 160 的温度持续运行96h 5 发展趋势 5 1 智能化的发展 汽车智能化的发展将加大汽车电子的需求 如 Telematic 主动安全 ACC等 要求印制板的介电性能 优良 较低的损耗 汽车智能化的发展将进一步增加 汽车电子在汽车上的成本占比 5 2 温度环境 为了车厢空间的扩大或者电气配线的缩短 今后的 ECU 搭载场所要求从车厢内移到发动机室内 一部分 发动机直载 搭载的ECU基板尺寸也要求小型化 汽车上的温度环境不会变 但器件可能越来越靠 近发动机或传动系统等高温地带 汽车电子用PCB的 高Tg 高耐热性要求的比重越来越高 陶瓷板的应用 也会增多 随着小型化及芯片运算量的增加 散热性要求也 越来越高 5 3 功能的集成 为了简化电路与结构布置 减少部件 提高系统 的工作可靠性 将多个不同功能的控制模块集成于一 个模块之中 从而可共用传感器所提供的信息 共享 微处理器资源 如发动机集中电子控制系统 将电子 点火控制 汽油喷射控制 怠速控制 废气循环控制 等集成为一个系统 这就对线路板提出了更高的要求 1 HDI的要求 孔径 线宽减小 2 往更多层 数发展 3 散热性要求增加 4 可靠性要求更高 6 结 语 不管是国内还是国际上的标准 都没有对PCB板 及CCL进行统一的规定 大部分都是对整个汽车电子 部件在可靠性 环境性等方面进行要求 专门的汽车用 PCB及CCL的标准很少 仅有SAE J771 汽车印制电路 有所规定 但其所含的内容有限 仅包含酚醛板 大多 规定都在汽车电子终端的企业标准之中 一般企业标 准都为受控文件 无法获得的 因而本研究只能从汽车 电子装置的标准间接得到对汽车用PCB及CCL的要求 虽然信息有限 但可以从标准上得到汽车电子对PCB及 CCL的要求 对PCB及CCL企业或多或少有一些启发 麻友良 汽车电器与电子控制系统 M 北京 机械工业出 版社 2013 185 402 许秀香 我国汽车电子标准综述 J 汽车电子 2006 9 31 33 王伟泰 汽车电子的行业现状和发展趋势及对电路板的 要求 J 印制电路信息 2011 2 21 27 王江涛 汽车电子控制技术应用及分类探讨 J 科技创 新与应用 2012 11 118 GB 20816 车辆防盗报警系统 乘用车 S 2006 GB T 19392 汽车GPS导航系统通用规范 S 2003 GB T 21436 汽车泊车测距警示装置 S 2008 GB T 26149 基于胎压监测模块的汽车轮胎气压监测系 统 S 2010 GB T 26775 车载音视频系统通用技术条件 S 2011 GB T 26776 道路车辆 3 5t以上的商用车报警系统 S 2011 GB T 28046 2 道路车辆 电气及电子设备的环境条件和试