המערכת האלקטרונית לרכב מכסה מודולים פונקציונליים רבים, כגון מערכת בקרת מנוע, מערכת אלקטרונית לגוף, מערכת כריות אוויר, מערכת בידור לרכב וכו'. למערכות אלו יש דרישות שונות למעגלים מודפסים, ובחירת השכבות והמבנים משפיעה ישירות על הביצועים, האמינות והעלות של המעגלים המודפסים. לכן, בתהליך התכנון של לוחות מעגלים מודפסים אלקטרוניים לרכב, יש צורך לשקול באופן מקיף מספר גורמים על מנת לבצע בחירות טובות יותר.
1, ההשפעה של דרישות פונקציונליות למערכות אלקטרוניות לרכב על שכבות ומבנה המעגלים המודפסים
(1) דרישות חיווט עבור מודולים פונקציונליים מורכבים
עבור מודולים פונקציונליים מורכבים כגון מערכות בקרת מנוע ומערכות סיוע אוטונומיות לנהיגה, הם מכילים מספר רב של רכיבים אלקטרוניים וחיבורי מעגלים מורכבים בפנים. מודולים אלה דורשים חיווט בצפיפות- גבוהה בתוך שטח מוגבל כדי לעמוד בדרישות של העברת אותות. בשלב זה, מבנה לוח מעגלים מודפס רב-שכבתי יכול לספק יותר שכבות חיווט, לאפשר לקווי אותות, קווי מתח וקווי הארקה להתפזר בצורה סבירה יותר, ולהפחית הפרעות אות ובעיות גודש בחיווט.
(2) דרישות אינטגרציה עבור מודולים פונקציונליים שונים
מערכות אלקטרוניות מודרניות לרכב נוטות לשלב מודולים פונקציונליים מרובים על לוח מעגלים מודפס אחד כדי להפחית את הגודל, להוזיל עלויות ולשפר את אמינות המערכת הכוללת. לדוגמה, מערכות מידע בידור לרכב עשויות לשלב פונקציות כגון ניווט, השמעת מולטימדיה, תקשורת בלוטות' וכו', מה שמצריך מעגלים מודפסים כדי להכיל מספר סוגים של שבבים ומעגלים ולספק פלטפורמה טובה לאינטראקציה של אותות בין מודולים פונקציונליים שונים. במקרה זה, שכבות ומבנים PCB מתאימים יכולים להשיג בידוד וחיבור של אזורים פונקציונליים שונים, תוך הימנעות מהפרעות הדדיות. על ידי חלוקה סבירה של השכבות הגיאולוגיות והכוח ואימוץ מבנה חיווט רב-שכבתי, ניתן לשלב ביעילות סוגים שונים של מעגלים כגון מעגלי RF, מעגלים דיגיטליים ומעגלים אנלוגיים יחד, תוך הבטחה שהביצועים של כל חלק במעגל אינם מושפעים.
2, הקשר בין דרישות ביצועים חשמליים ושכבות ומבנה של לוח מעגלים מודפסים
(1) שלמות האות
כאשר אותות דיגיטליים במהירות גבוהה- משודרים על גבי מעגלים מודפסים, הם מושפעים בקלות מגורמים כגון השתקפות ודיבור, מה שמוביל לבעיות שלמות האות. כדי להבטיח את איכות האות, נדרש מבנה לוח מעגלים מודפס רב-שכבתי כדי להשיג התאמה טובה של עכבה וסיכוך אות. לדוגמה, במערכת תקשורת Ethernet המותקנת ברכב, קצב השידור של אותות במהירות גבוהה- יכול להגיע ל-100Mbps או אפילו יותר. במקרה זה, יש להשתמש במספר שכבות של לוחות מעגלים מודפסים, והשכבות צריכות להיות מסודרות באופן סביר בין שכבות האות כדי ליצור מבנה מיגון שלם, להפחית את ההשפעה של הפרעות חיצוניות על האות. יחד עם זאת, על ידי שליטה מדויקת בעכבה האופיינית של קו השידור, מקדם ההשתקפות של האות מובטח בטווח מקובל, ובכך מבטיח שידור נתונים מדויק ומניעת אובדן נתונים או שגיאות הנגרמות כתוצאה מבעיות שלמות האות.
(2) שלמות כוח
שבבים ומעגלים שונים במערכות אלקטרוניות לרכב דורשים יציבות גבוהה של ספק הכוח. לוחות PCB מרובי שכבות יכולים לספק נתיבי שידור עם עכבה נמוכה עבור מקורות כוח באמצעות עיצובים מיוחדים של שכבות כוח ושכבות אדמה, להפחית רעשי מתח ותנודות מתח.
3, מעגלים מודפסים בחירת שכבה ומבנה תחת דרישות אמינות
(1) ניהול תרמי
מכשירים אלקטרוניים לרכב מייצרים חום במהלך הפעולה, במיוחד התקני כוח כגון נהגי כוח ביחידות בקרת מנוע ומטענים לרכב. חום מוגזם עלול להשפיע על הביצועים ותוחלת החיים של רכיבים אלקטרוניים, כך שמספר השכבות והמבנה של לוחות מעגלים מודפסים צריכים לקחת בחשבון את הדרישות של ניהול תרמי. לוחות מעגלים מודפסים רב-שכבתיים יכולים לעזור בפיזור חום דרך שכבות מתכת פנימיות.
(2) חוזק מכני וביצועים נגד רעידות
מכוניות כפופות לרעידות והשפעות שונות במהלך הפעולה, מה שמחייב את ה-PCB בעלי חוזק מכני מספיק וביצועים נגד רעידות. בשל התמיכה ההדדית של המבנה הרב-שכבתי שלו, לוחות מעגלים מודפסים מרובי-שכבות יכולים לשפר את החוזק המכני הכולל במידה מסוימת. יחד עם זאת, בתכנון מעגלים מודפסים, ניתן לשפר עוד יותר את יכולת האנטי-רעידות שלו על ידי הוספת חורי תיקון, אופטימיזציה של מידות חיצוניות ובחירת חומרים מתאימים. לדוגמה, בתכנון המעגלים המודפסים של מערכות בקרת מארז רכב, השימוש במעגלים מודפסים קשיחים רב-שכבתיים בשילוב עם אמצעי חיזוק מיוחדים יכולים להבטיח שהמעגל המודפס לא יחווה תקלות כמו פיצוח מפרק הלחמה ושבירת מעגלים בסביבות רעידות קשות, מה שמבטיח את הפעולה האמינה של המערכת.
4, אילוצי עלות והחלפה- בין שכבות המעגלים המודפסים והמבנה
(1) השפעת הגדלת מספר השכבות על העלויות
למרות שללוחות מודפסים מרובי-שכבות יש יתרונות בביצועים וביישום פונקציונלי, הגדלת מספר השכבות יכולה להוביל לעלייה בעלויות הייצור. הדבר מתבטא בעיקר בעלויות החומר, עלויות טכנולוגיית העיבוד ומחזורי הייצור. עבור כל שכבה נוספת של לוח מעגלים מודפסים, נדרשים חומרים נוספים כגון למינציה בציפוי-נחושת ויריעות מעובדות למחצה. יחד עם זאת, טכנולוגיית העיבוד של מעגלים מודפסים רב-שכבתיים מורכבת יותר, דורשת ציוד דיוק גבוה יותר ושלבי עיבוד רבים יותר, כגון למינציה רב-שכבתית, קידוח, ציפוי אלקטרוני וכו', מה שיגדיל את עלויות הייצור ומחזורי הייצור. לכן, תוך עמידה בדרישות הביצועים של מערכות אלקטרוניות לרכב, יש לייעל את עיצוב המעגלים המודפסים ככל האפשר כדי למנוע העלאות מיותרות של שכבות ושליטה בעלויות.
(2) האפשרות להוזיל עלויות באמצעות אופטימיזציה מבנית
על ידי בחירה ואופטימיזציה של מבנה המעגלים המודפסים, ניתן להפחית עלויות במידה מסוימת. בנוסף, אופטימיזציה של הממדים החיצוניים ושיטות ההרכבה של מעגלים מודפסים יכולה לשפר את ניצול הלוח ולהפחית ביעילות את עלויות החומר. יחד עם זאת, תכנון סביר של חיווט ופריסה של רכיבים, צמצום מספר ושכבות ה-vias, יכול לא רק לשפר את יעילות הייצור אלא גם להפחית את עלויות העיבוד.