자동차 전자 장치를 위한 신뢰성 있는 Rigid-Flex PCB 설계: 종합 가이드

자동차 전자제품의 급변하는 세계에서 차량은 이제 50+ ECU를 탑재하고 있으며, 고급 ADAS 및 고전압 EV 시스템에서는 딱딱한 플렉스 PCB가 게임 변경자로 등장했습니다.이 하이브리드 보드는 딱딱한 PCB의 강도와 플렉스 서킷의 유연성을 결합합니다.하지만 자동차용으로 설계하려면 정밀성이 필요합니다.차량은 전자 장비를 -40°C~125°C의 온도에 노출시킵니다.20G 진동과 엄격한 안전 표준입니다.

주요 내용
a.직한 플렉스 PCB는 전통적인 딱딱한 디자인에 비해 자동차 전자 장치의 크기를 30% 줄이고 커넥터 고장을 50% 줄입니다.
b.물질의 결합 (플렉스 레이어용 폴리마이드, 딱딱한 섹션용 FR-4) 은 열순환과 진동에 견디기 위해 중요합니다.
c.AEC-Q100 및 IPC 2223와 같은 표준을 준수하면 자동차 신뢰성 요구 사항이 준수됩니다.
d. 적절한 굽기 반지름, 전환 구역 설계 및 테스트 (열 사이클, 진동) 는 장기적인 성능에 대해 협상 할 수 없습니다.

자동차 전자제품이 왜 딱딱-유연 PCB 를 요구 하는가

현대 자동차는 전통적인 PCB를 한계까지 밀어내는 극한의 작동 조건에 직면합니다.

1극한 온도와 진동
자동차 전자제품은 -40°C (냉면 시작) 에서 125°C (엔진 부실 열) 까지 열의 격렬한 변동에 견딜 수 있습니다. 이것은 재료가 팽창하고 수축하여 용매 관절 균열이나 흔적 고장이 발생할 위험을 초래합니다.진동 (20G까지 거친 지형에서) 이 문제를 악화: QFN 용접 패드의 68%는 최적화되지 않은 설계에서 50 개의 열 진동 주기로 균열됩니다.

딱딱한 플렉스 PCB는 다음과 같이 이를 완화합니다.

진동 에너지를 흡수할 수 있는 유연한 층을 이용합니다.
합동 열 팽창률 (CTE) 을 가진 재료를 결합하여 스트레스를 줄입니다.

2공간 및 무게 압력
전기차와 자율주행차는 더 좁은 공간에 더 많은 전자제품을 꽉 찼습니다. 대시보드, 문 패널, 배터리 관리 시스템을 생각해보세요.가공중량 25%를 절단하고 딱딱한 단위보다 40% 더 작은 부피에 장착합니다.예를 들어, 딱딱한 플렉스 디자인을 사용하는 기기 클러스터는 120cm3에서 70cm3로 줄어들며 더 큰 디스플레이에 대한 공간을 확보합니다.

3안전 및 준수
자동차 전자제품은 심각한 고장을 피하기 위해 엄격한 기준을 충족해야 합니다. 주요 규정에는 다음이 포함됩니다.

신뢰성 있는 자동차용 딱딱한 플렉스 PCB의 주요 특징

재료 선택: 내구성 의 기초
올바른 재료는 가혹한 환경에서 성능을 만들거나 파괴합니다.

a.플렉스 레이어: 폴리마이드 (PI) 는 거래가 불가능합니다. 260 ° C 용접에 견딜 수 있으며 화학 물질 (유, 냉각물) 에 저항하며 10,000 + 번 후 유연성을 유지합니다.그 CTE (20~30 ppm/°C) 는 구리 와 결합 될 때 스트레스 를 최소화 한다.
b. 딱딱한 섹션: FR-4 (유리로 강화 된 에포시) 는 구조적 지원을 제공합니다. 고열 영역 (예: EV 인버터) 에서 높은 Tg FR-4 (Tg > 170 °C) 는 탈라미네이션을 방지합니다.
c. 접착제: 밀폐된 환경 (예를 들어 배터리 팩) 에서 오염을 피하기 위해 낮은 배출가스를 가진 아크릴 또는 에포시 접착제를 사용하십시오.

스택업 및 라우팅: 유연성과 강도를 균형 잡는다

잘 설계된 스택업은 공간과 신뢰성을 최적화합니다.

a. 레이어 조합: ADAS 모듈을 위해 융통성 및 신호 무결성을 균형있게 유지하기 위해 융통성 (PI + 1 온스 구리) 1 ′′2 층과 튼튼성 (FR-4 + 2 온스 구리) 2 ′′4 층을 혼합합니다.
b. 라우팅: 구부러진 흔적 (90° 각이 아닌) 은 스트레스를 분산하여 흔적 균열을 60% 감소시킵니다. EMI를 피하기 위해 속층에 고속 신호 (CAN, 이더넷) 를 보관하십시오.
c. 커넥터 감축: 딱딱한 플렉스 디자인은 보드-투-보드 커넥터의 70%를 제거합니다. 일반적인 고장점입니다. 예를 들어 딱딱한 플렉스를 사용하는 문 제어 모듈은 8 커넥터를 2로 줄입니다.

결정적 설계 지침
굽기 반지름: 플렉스 실패를 피합니다
굽기 반지름은 가장 중요한 설계 매개 변수입니다. 너무 단단하고 구리 흔적이 균열됩니다. IPC 2223 표준을 따르십시오.

굽기 구역에 부품, 비아스, 또는 용매 관절을 절대 배치하지 마십시오. 이것은 스트레스 지점을 만듭니다.

전환 지역: 딱딱한 연결과 플렉스 연결을 부드럽게
딱딱 한 층 과 융통 한 층 이 만나는 부위 는 스트레스 를 받기 쉽다. 디자인 팁:

a. 두께의 급격한 변화를 피하기 위해 딱딱한 구간을 점차 (10° 각) 가늘게 한다.
b. 전환구역에서 구리 질량을 줄이고 유연성을 높이기 위해 횡단 첩지 평면을 사용한다.
c. 두꺼운 용접 마스크를 피하십시오. 그들은 반복된 구부러짐에 의해 찢어집니다.

비아 & 패드: 약점 을 강화 한다
a. 구리 찢어지는 것을 방지하기 위해 굽는 부위에서 적어도 20mil (0.5mm) 를 가로막은 구멍 (PTH) 을 유지하십시오.
b. 연결을 통해 눈물 모양의 패드를 사용하십시오. 이것은 당기력을 30% 증가시킵니다.
c. 플렉스 섹션의 중성 축 (중층층) 에, 스트레스가 가장 낮은 곳에 비아를 배치한다.

제조 및 시험: 신뢰성 확보
품질 관리 검사
엄격한 검사는 차량에 도달하기 전에 문제를 감지합니다.

a.AOI (Automated Optical Inspection): 고밀도 ADAS 보드에서 흔적 결함, 부재 된 용접 또는 패드 오차 조화를 검사하는 것이 중요합니다.
b.X선 검사: 숨겨진 결함을 드러냅니다 (예를 들어, 딱딱한 섹션 아래의 BGA 용접 관절의 공허함).
c.피일 강도 검사: PI에 대한 구리 접착력을 확인합니다 (IPC-TM-650당 최소 1.5N/cm).

신뢰성 검사
성능을 검증하기 위해 실제 상황을 모방합니다.

a.열기 순환: 1000회 (-40°C ~ 125°C) 를 시험하여 용접기의 균열이나 탈층화를 확인한다.
b. 진동 테스트: 도로 스트레스 시뮬레이션을 위해 쉐이커 테이블에 20G 충격 (10~2,000Hz).
c. 습성 저항: 85°C/85% RH 1,000시간 동안 습한 환경 (예를 들어, 하우드) 에서 부식 방지.

피해야 할 일반적인 함정
1물질적 불협화
PI와 FR-4 사이의 CTE가 일치하지 않으면 열 스트레스가 발생한다. 예를 들어, PI (25ppm/°C) 와 14ppm/°C의 CTE를 가진 FR-4를 사용하면 30% 더 많은 용매 관절 실패가 발생합니다. 해결책:CTE가 서로 5ppm/°C 이내로 떨어져 있는 물질을 선택.

2다이내믹 플렉스를 볼 수 있습니다.
정적 곡선 (예를 들어, 대시보드에 접힌) 은 동적 플렉스 (예를 들어, 움직이는 문 센서) 보다 쉽습니다. 동적 응용 프로그램은 2 배 더 큰 곡선 반지름과 더 얇은 구리 (0.5oz 대) 를 필요로합니다.1oz) 반복 운동 견딜 수 있도록.

3튼튼한 위치가 안좋아요
강화제 (Kapton 또는 FR-4) 는 플렉스 섹션에 구성 요소를 지원하지만 과도하게 사용하면 스트레스를 유발할 수 있습니다. 플렉스 길이의 50%에 강화제를 제한하십시오. 과도한 경직성은 전환 구역에서 균열을 유발합니다.

자주 묻는 질문
Q: 딱딱하고 유연한 PCB는 자동차 안전성을 어떻게 향상시키나요?
A: 커넥터 (일반적인 고장점) 를 줄이고 진동/열에 견딜 수 있기 때문에 에어백 컨트롤러나 브레이크 센서와 같은 중요한 시스템의 전기 장애를 최소화합니다.

Q: 딱딱하고 유연한 PCB는 고전압 전기 전기 시스템을 처리 할 수 있습니까?
A: 네, 두꺼운 구리 (3oz) 와 고 단열 PI (500V/mil) 를 사용하여 400V/800V 배터리 관리 시스템에 적합합니다.

질문: 자동차의 딱딱한 플렉스 PCB의 일반적인 수명은 얼마입니까?
A: 15년 이상 또는 AEC-Q100 표준에 따라 설계된 경우 20만 마일 이상, 차량의 평균 수명을 초과합니다.

결론
딱딱하고 유연한 PCB는 차세대 자동차 전자제품에 필수적입니다. 공간 절약, 신뢰성 및 엄격한 표준을 준수합니다.IPC 가이드라인을 따라, 엄격한 테스트를 통해 엔지니어들은 가장 힘든 차량 환경에서 잘 작동하는 보드를 설계할 수 있습니다. 자동차 애플리케이션에서는 딱딱한 플렉스 디자인의 코너를 절단하는 것은 위험뿐만 아니라 비용이 많이 든다.정확성 투자, 그리고 여러분의 PCB는 그들이 구동하는 차량만큼 작동합니다.