בתור המוביל של רכיבים אלקטרוניים והמפתח לחיבורים חשמליים, הביצועים של לוחות מעגלים מודפסים משפיעים ישירות על הבטיחות, האמינות והאינטליגנציה של מכוניות. כחומר הבסיסי של PCB, לוח PCB ממלא תפקיד מפתח בעמידה בדרישות סביבת העבודה המורכבות והתובעניות של מכוניות. סוגים שונים של לוחות PCB לרכב, עם תכונותיהם הייחודיות, תומכים בפעולה יציבה של מערכות אלקטרוניות לרכב.
1, לוח FR-4: חומר בסיסי בשימוש נרחב
FR-4 הוא לרבד מצופה נחושת מחוזק בבד סיבי זכוכית ומבוסס על שרף אפוקסי, שנמצא בשימוש נרחב בתחום ה-PCB לרכב. יש לו תכונות מכניות טובות והוא יכול לעמוד בפני רעידות ופגיעות במהלך פעולת הרכב, מה שמבטיח את שלמות מבנה המעגל. מבחינת ביצועים חשמליים, ל-FR-4 יש ביצועי בידוד יציבים, שיכולים למנוע ביעילות קצרים במעגל ולהבטיח שידור אות יציב.
לוח FR-4 נמצא בשימוש נרחב בחלקים לא קריטיים של מכוניות שיש להם דרישות פחות מחמירות יחסית לטמפרטורה וביצועים חשמליים, כגון מעגלי בקרת תאורת פנים רגילים וכמה מעגלי חיישנים פשוטים. על מנת לעמוד בדרישות האמינות הגבוהות יותר של תעשיית הרכב, בוצעו שיפורים רבים גם לחומרי FR-4. לדוגמה, על ידי הגדלת טמפרטורת מעבר הזכוכית, ניתן לשפר את היציבות הממדית שלה בסביבות בטמפרטורה גבוהה. ערך ה-Tg של FR-4 רגיל הוא בדרך כלל בין 130-140 מעלות, בעוד שניתן להגדיל את ה-Tg של חומר FR-4 לרכב ל-150 מעלות או אפילו מעל 170 מעלות, מה שמאפשר לו לעבוד טוב יותר באזורים עם טמפרטורות גבוהות כגון תאי מנוע, ולמעשה הימנעות מבעיות כגון עיוות לוחות וכשל במעגלים הנגרמים על ידי טמפרטורות גבוהות.
2, חומרים גבוהים Tg: הכוח העיקרי בהתמודדות עם אתגרי-טמפרטורות גבוהות
הטמפרטורה בתא המנוע ובחלקים אחרים של המכונית יכולה להגיע עד 150 מעלות ואף יותר. בסביבות-טמפרטורות גבוהות אלו, חומרים בעלי ערכי Tg גבוהים הופכים לבחירה המועדפת עבור מעגלים מודפסים לרכב. בנוסף לחומר TgFR-4 הגבוה שהוזכר קודם לכן, חומרי פוליאמיד מועדפים מאוד גם בתעשיית הרכב בשל עמידותם המעולה בטמפרטורות גבוהות. ערך ה-Tg של חומרי PI הוא בדרך כלל מעל 250 מעלות, וחלקם אפילו עולה על 300 מעלות, מה שיכול לשמור על תכונות פיזיקליות וכימיות יציבות בסביבות קיצוניות בטמפרטורה גבוהה.
ל-PCB העשוי מחומר PI יש לא רק עמידות בטמפרטורה גבוהה, אלא גם עמידות בפני קורוזיה כימית מעולה וקבוע דיאלקטרי נמוך. קבוע דיאלקטרי נמוך גורם לאובדן אות נמוך יותר ולמהירות מהירה יותר במהלך שידור, דבר חיוני עבור יישומי העברת נתונים במהירות גבוהה-במכוניות, כגון במערכות תקשורת לרכב והעברת נתונים בחיישני נהיגה אוטונומית. במערכת ניהול הסוללה של רכבי אנרגיה חדשים, בשל כמות החום הגדולה הנוצרת בתהליך הטעינה והפריקה של הסוללה, טמפרטורת הסביבה הגבוהה והדרישות הגבוהות ביותר לדיוק ויציבות העברת האותות של BMS, PCB חומרי PI יכול לענות על צרכים אלה, להבטיח ניטור ובקרה מדויקים של מצב הסוללה על ידי מערכת ניהול הסוללה, ולהבטיח תפעול בטוח ויעיל של הסוללה.
3, מצע מתכת: המפתח לפיזור חום יעיל
עם העלייה המתמשכת בהספק של מכשירים אלקטרוניים לרכב, בעיות פיזור חום הופכות בולטות יותר ויותר. מצעי מתכת, במיוחד מצעי אלומיניום, נמצאים בשימוש נרחב בתחומים כגון תאורת LED לרכב ומודול אלקטרוני כוח בשל ביצועי פיזור החום המצוינים שלהם. מצע אלומיניום מורכב משכבת בסיס מתכת, שכבת בידוד ושכבה מוליכה. שכבת בסיס המתכת (בדרך כלל אלומיניום) יכולה להוביל במהירות חום, בעוד שכבת הבידוד מבטיחה בידוד חשמלי בין המעגל למצע המתכת. השכבה המוליכה משמשת לנשיאת המעגל.
בפנסי LED לרכב, שבב ה-LED מייצר כמות גדולה של חום במהלך תהליך פליטת האור. אם הוא לא יתפוגג בזמן, זה יגרום לעלייה בטמפרטורת שבב ה-LED, לירידה ביעילות האור ולקיצור תוחלת החיים. לוח ה-LED העשוי ממצע אלומיניום יכול להוליך במהירות את החום שנוצר על ידי שבב LED אל שכבת המתכת של מצע האלומיניום, ולאחר מכן לפזר את החום לסביבה הסובבת דרך מבנה פיזור החום של פנס המכונית, ובכך להבטיח למעשה את הפעולה היציבה וחיים ארוכים של פנס ה-LED. עבור מודולי חשמל במכוניות, כגון בקרי מנוע, ממירים וכו', רכיבים אלו מייצרים הפסדי חשמל משמעותיים במהלך הפעולה וגם דורשים אמצעי פיזור חום יעילים. PCb מצע אלומיניום יכול לעמוד בדרישות פיזור החום שלו וגם יש לו חוזק מכני מסוים להסתגל לסביבת הרטט המורכבת של מכוניות.
4, חומרים בתדירות גבוהה: עומדים בדרישות של תקשורת- במהירות גבוהה
עם הפיתוח של מכוניות חכמות ומקושרות ברשת, הדרישות להעברת אותות-תדירות גבוהה במערכות תקשורת לרכב הולכות ונעשות גבוהות יותר. ביישומים כמו תקשורת 5G ומכ"ם רכבים, לוחות PCB צריכים להיות בעלי קבוע דיאלקטרי נמוך ומאפייני משיקים של אובדן דיאלקטרי נמוך כדי להפחית את הנחתה ועיוות במהלך העברת אותות. חומרים בתדירות גבוהה כגון פולי-טטרה-פלואורואתילן והחומרים המרוכבים שלו הפכו אפוא לבחירה אידיאלית עבור יישומים אלה.
לחומר PTFE יש ערכי Dk ו-Df נמוכים במיוחד, מה שמבטיח-מהירות גבוהה ויציבה של אותות- בתדר גבוה במעגלי PCB. במערכות מכ"ם גלי מילימטרים עם תדר של 77GHz ומעלה בכלי רכב, מכ"ם גלי מילימטר מזהה מידע כגון מרחק, מהירות וזווית של אובייקטי מטרה על ידי פליטת וקליטת גלים אלקטרומגנטיים בתדר גבוה-. בשלב זה, מעגלים מודפסים העשויים מחומרים בתדר גבוה- מבוססי PTFE יכולים לשדר במדויק אותות מכ"ם בתדר גבוה-, להבטיח רזולוציה גבוהה ודיוק זיהוי של מערכת המכ"ם, ולספק נתוני תפיסה סביבתית אמינים לנהיגה אוטונומית. במודול התקשורת של רשת הרכבים, נדרשים גם לוחות מודפסים של חומרים בתדירות גבוהה כדי לתמוך בתקשורת אלחוטית במהירות- גבוהה ויציבה, להשגת חילופי נתונים יעילים בין כלי רכב, כלי רכב ותשתיות, וכלי רכב ואנשים.
5, חומר צלחת מפרק גמיש קשיח: איזון גמישות ויציבות
בתוך מכונית, חלק מהרכיבים דורשים למעגלים מודפסים מידה מסוימת של גמישות כדי להסתגל לפריסות מרחביות מורכבות ולסביבות עבודה דינמיות. צמח ה-Rid flex joint board, המשלב מעגלים קשיחים ומעגלים גמישים באמצעות תהליכים ספציפיים, המשלב את היציבות של לוחות קשיחים עם הגמישות של לוחות גמישים.
החלק הגמיש משתמש בדרך כלל בסרט פוליאסטר או בפוליאימיד כמצע, בעלי גמישות טובה וניתן לכופף אותם מספר פעמים מבלי להשפיע על הביצועים החשמליים. במעגל החיבור של לוח המחוונים של המכונית, לוחית המפרק הגמישה הקשיחה יכולה להשיג חיבור גמיש בין לוח המחוונים לחלקים אחרים של גוף הרכב, להבטיח העברת אותות יציבה והתאמה לרעידות הקטנות והעיוותים של לוח המחוונים במהלך נסיעה ברכב. במודול בקרת הדלת, לוחית המפרק הגמישה הקשיחה יכולה להתכופף עם הפתיחה והסגירה של הדלת, תוך הבטחת אמינות חיבור המעגל והימנעות מכשלים בבקרת הדלת הנגרמים מקווים שבורים. היישום של חומרי לוחות מפרקים גמישים קשיחים מספקים תמיכה חזקה למיטוב החלל הפנימי של מכוניות ולסידור יעיל של מכשירים אלקטרוניים.