مقدمة: التحديات التقنية في إلكترونيات السيارات وابتكارات كابيل

مع تطور القيادة الذاتية نحو المستوى الخامس وتطلب أنظمة إدارة البطاريات (BMS) للسيارات الكهربائية (EV) كثافة طاقة أعلى وسلامة، تكافح تقنيات PCB التقليدية لمعالجة القضايا الحرجة:

• مخاطر الانفلات الحراري:تتجاوز شرائح وحدة التحكم الإلكترونية استهلاك الطاقة 80 وات، مع درجات حرارة موضعية تصل إلى 150 درجة مئوية
• حدود التكامل ثلاثي الأبعاد:يتطلب نظام إدارة البطاريات (BMS) أكثر من 256 قناة إشارة ضمن سمك لوحة يبلغ 0.6 مم
• أعطال الاهتزاز:يجب أن تتحمل أجهزة الاستشعار المستقلة صدمات ميكانيكية تصل إلى 20 جيجا
• متطلبات التصغير:تتطلب وحدات التحكم LiDAR عرض تتبع يبلغ 0.03 مم وتكديس 32 طبقة

تقدم شركة Capel Technology، التي تستفيد من 15 عامًا من البحث والتطوير، حلاً تحويليًا يجمع بينلوحات الدوائر المطبوعة ذات الموصلية الحرارية العالية(2.0 واط/مك)،لوحات الدوائر المطبوعة المقاومة لدرجات الحرارة العالية(-55 درجة مئوية ~ 260 درجة مئوية)، و32 طبقةمؤشر التنمية البشرية مدفون/مُعمى عبر التكنولوجيا(فتحات مجهرية 0.075 مم).

القسم 1: ثورة الإدارة الحرارية لوحدات التحكم الإلكترونية ذاتية القيادة

1.1 التحديات الحرارية لوحدة التحكم الإلكترونية

• كثافة تدفق الحرارة لشريحة Nvidia Orin: 120 واط/سم²
• تتسبب ركائز FR-4 التقليدية (0.3 واط/م كلفن) في تجاوز درجة حرارة وصلة الشريحة بنسبة 35%
• 62% من حالات فشل وحدة التحكم الإلكترونية تنشأ من إجهاد اللحام الناتج عن الحرارة

1.2 تقنية التحسين الحراري من كابيل

الابتكارات المادية:

• ركائز البولي إيميد المقواة بالألومينا النانوية (موصلية حرارية 2.0±0.2 واط/م كلفن)
• صفائف أعمدة نحاسية ثلاثية الأبعاد (زيادة مساحة تبديد الحرارة بنسبة 400%)

اختراقات في العمليات:

• الهيكلة المباشرة بالليزر (LDS) لتحسين المسارات الحرارية
• التكديس الهجين: طبقات نحاسية رقيقة للغاية بسمك 0.15 مم + طبقات نحاسية ثقيلة بوزن 2 أونصة

مقارنة الأداء:

القسم 2: ثورة في توصيلات BMS مع تقنية HDI المكونة من 32 طبقة

2.1 نقاط الضعف في تصميم أنظمة إدارة البطاريات (BMS)

• تتطلب منصات 800 فولت أكثر من 256 قناة لمراقبة جهد الخلية
• تتجاوز التصميمات التقليدية حدود المساحة بنسبة 200% مع عدم تطابق المعاوقة بنسبة 15%

2.2 حلول الربط عالية الكثافة من كابيل

هندسة المكدس:

• هيكل HDI مكون من 1+N+1 أي طبقة (32 طبقة بسمك 0.035 مم)
• التحكم في المعاوقة التفاضلية بنسبة ±5% (إشارات عالية السرعة 10 جيجابت في الثانية)

تكنولوجيا مايكروفيا:

• فتحات ليزر عمياء مقاس 0.075 مم (نسبة العرض إلى الارتفاع 12:1)
• معدل فراغ الطلاء أقل من 5% (متوافق مع الفئة 3 من IPC-6012B)

نتائج المعايير:

القسم 3: موثوقية البيئات القاسية - حلول معتمدة من MIL-SPEC

3.1 أداء المواد عالية الحرارة

• درجة حرارة انتقال الزجاج (Tg): 280 درجة مئوية (IPC-TM-650 2.4.24 درجة مئوية)
• درجة حرارة التحلل (Td): 385 درجة مئوية (5٪ فقدان الوزن)
• البقاء على قيد الحياة من الصدمات الحرارية: 1000 دورة (-55 درجة مئوية ↔260 درجة مئوية)

3.2 تقنيات الحماية الملكية

• طلاء بوليمر مطعم بالبلازما (مقاوم لرذاذ الملح لمدة 1000 ساعة)
• تجاويف حجب التداخل الكهرومغناطيسي ثلاثي الأبعاد (تخفيف 60 ديسيبل عند 10 جيجاهرتز)

القسم 4: دراسة الحالة - التعاون مع أفضل 3 شركات تصنيع سيارات كهربائية حول العالم

وحدة تحكم BMS 4.1 800 فولت

• التحدي: دمج 512 قناة AFE في مساحة 85×60 مم
• حل:
  1. لوحة دارات مطبوعة صلبة ومرنة مكونة من 20 طبقة (نصف قطر انحناء 3 مم)
  2. شبكة مستشعر درجة الحرارة المدمجة (عرض التتبع 0.03 مم)
  3. تبريد موضعي للنواة المعدنية (مقاومة حرارية 0.15 درجة مئوية · سم²/واط)

4.2 وحدة تحكم المجال المستقلة L4

• نتائج:
  • تخفيض الطاقة بنسبة 40% (72 واط → 43 واط)
  • انخفاض الحجم بنسبة 66% مقارنة بالتصاميم التقليدية
  • شهادة السلامة الوظيفية ASIL-D

القسم 5: الشهادات وضمان الجودة

يتجاوز نظام الجودة الخاص بشركة Capel معايير السيارات:

• شهادة MIL-SPEC:متوافق مع GJB 9001C-2017
• الامتثال للسيارات:IATF 16949:2016 + التحقق من صحة AEC-Q200
• اختبار الموثوقية:
  • 1000 ساعة من التسخين السريع (130 درجة مئوية/85% رطوبة نسبية)
  • صدمة ميكانيكية 50 جرام (MIL-STD-883H)

الاستنتاج: خارطة طريق الجيل القادم من تكنولوجيا لوحات الدوائر المطبوعة

كابيل رائد في:

• المكونات السلبية المضمنة (توفير 30٪ من المساحة)
• لوحات الدوائر المطبوعة الهجينة الضوئية الإلكترونية (خسارة 0.2 ديسيبل/سم عند 850 نانومتر)
• أنظمة إدارة الأصول الرقمية المدعومة بالذكاء الاصطناعي (تحسين العائد بنسبة 15%)

اتصل بفريق الهندسة لدينااليوم للمشاركة في تطوير حلول PCB المخصصة لإلكترونيات السيارات من الجيل التالي.