Otomotiv elektronik sistemlerindeki baskılı devre kartları için gereksinimler (6) Güvenlik ve İzleme Sistemleri

Giriş

Güvenlik ve izleme sistemleri, elektrikli araçların (EV'ler) koruyucu omurgasını oluşturur ve doğrudan yolcuları korur ve araç güvenliğini artırır. Bu kritik sistemler arasında Hava Yastığı Kontrol Üniteleri (ACU), Lastik Basıncı İzleme Sistemleri (TPMS), çarpışma sensörleri ve yolcu algılama üniteleri bulunur ve bunların tümü anında tepki verme ve sarsılmaz güvenilirliğe bağlıdır. Güvenlik açısından kritik uygulamalarda, küçük PCB arızaları bile felaket sonuçlara yol açabilir ve bu da PCB tasarım ve üretim standartlarını son derece katı hale getirir. Bu makale, EV güvenlik ve izleme sistemlerindeki özel PCB gereksinimlerini, üretim zorluklarını ve ortaya çıkan eğilimleri inceleyerek, güvenli sürüş deneyimleri sağlamadaki rollerini vurgulamaktadır.

Sisteme Genel Bakış

EV güvenlik ve izleme sistemleri, her biri tehlikeleri tespit etmek ve koruyucu tepkileri tetiklemek üzere tasarlanmış bir dizi modülden oluşur:

• Hava Yastığı Kontrol Ünitesi (ACU): Çarpışma tepkisi için merkezi bir merkez görevi görür, çarpışmadan sonraki milisaniyeler içinde hava yastıklarını açmak için ivmeölçerlerden ve darbe sensörlerinden gelen verileri işler.

• Lastik Basıncı İzleme Sistemi (TPMS): Lastik basıncını ve sıcaklığını sürekli olarak izler, patlamaları önlemek ve yakıt verimliliğini artırmak için sürücüleri sızıntılar veya aşırı şişirme konusunda uyarır.

• Çarpışma Sensörleri: Çarpışmaları veya olası çarpışmaları tespit etmek, emniyet kemeri ön gerdirme veya acil frenleme gibi güvenlik önlemlerini tetiklemek için araç genelinde (ön, arka ve yanlarda) konuşlandırılır.

• Yolcu Algılama Üniteleri: Hava yastığı açılma kuvvetini optimize etmek ve gereksiz aktivasyonu önlemek için yolcu varlığını ve konumunu tespit etmek üzere ağırlık sensörleri ve kapasitif teknoloji kullanır.

• Akıllı Kapı Kilitleri: Yetkisiz erişimi önlemek için araç güvenlik sistemleriyle entegre olur, gelişmiş koruma için RFID veya biyometrik sensörler kullanır.

PCB Tasarım Gereksinimleri

Güvenlik ve izleme sistemi PCB'leri, arızasız çalışmayı sağlamak için titiz tasarım kriterlerini karşılamalıdır:

1. Aşırı Güvenilirlik

Güvenlik sistemlerinde anında tepki verme pazarlığa açık değildir ve sıfır gecikme için tasarlanmış PCB'ler gerektirir:

• Milisaniye düzeyinde tepki: ACU'lar, darbeden sonraki 20–30 milisaniye içinde hava yastığı açılmasını sağlamak için minimum sinyal yayılma gecikmelerine sahip PCB'ler gerektirir.

• Yedekli kritik yollar: Hayati devreler (örneğin, çarpışma sensörü girişleri) için yinelenen izler ve bileşenler, tek noktalı arızaların sistemi devre dışı bırakmasını önler.

2. Minyatürleştirme

Montaj konumlarındaki (örneğin, TPMS için tekerlek yuvaları, sensörler için kapı panelleri) alan kısıtlamaları, kompakt tasarımlara olan ihtiyacı tetikler:

• Sert-esnek PCB'ler: TPMS ve kabin içi sensörler, sıkı alanlara uyum sağlamak için sert-esnek alt tabakalar kullanır, titreşim direncini sağlamak için esnek bölümlerle bileşen montajı için sert bölümleri birleştirir.

• Yüksek yoğunluklu düzenler: Minyatür bileşenler (örneğin, 01005 paketleri) ve ince aralıklı yönlendirme, çok karmaşık işlevselliği PCB'lerde sağlar.

3. Düşük Güç Tüketimi

Birçok izleme sistemi (örneğin, TPMS) pillere bağlıdır ve enerji verimliliği için optimize edilmiş PCB'ler gerektirir:

• Düşük güçlü bileşen entegrasyonu: Pil ömrünü uzatmak için ultra düşük bekleme akımına sahip mikrodenetleyicilerin ve sensörlerin seçimi (tipik olarak TPMS için 5–7 yıl).

• Güç yönetimi devreleri: Verimli voltaj regülatörleri ve uyku modu işlevselliği, boşta kalma dönemlerinde enerji kaybını en aza indirir.

Tablo 1: Güvenlik Modülleri ve PCB Gereksinimleri

Üretim Zorlukları

Güvenlik sistemleri için PCB üretmek, güvenilirlik ihtiyacından kaynaklanan benzersiz teknik engeller içerir:

• Sert-Esnek Güvenilirlik: Esnek bölümler, hassas malzeme seçimi (örneğin, poliimid alt tabakalar) ve kontrollü laminasyon işlemleri gerektiren, iz çatlaması veya iletken yorulması olmadan >10.000 esneme döngüsüne dayanmalıdır.

• Minyatür Bileşen Montajı: 01005 paketlerini (0,4 mm × 0,2 mm) lehimlemek, köprüleme veya soğuk bağlantılardan kaçınmak için ±25μm yerleştirme doğruluğuna sahip gelişmiş SMT ekipmanı gerektirir.

• Uygunluk Testi: PCB'ler, termal döngü, nem testi ve titreşim gerilimi taraması içeren AEC-Q200 (pasif bileşenler için) ve ISO 26262 (fonksiyonel güvenlik) dahil olmak üzere titiz sertifika standartlarını geçmelidir.

Tablo 2: Güvenlik Sistemleri için PCB Güvenilirlik Standartları

Gelecek Trendler

Güvenlik teknolojisindeki gelişmeler, izleme sistemleri için PCB tasarımında evrimi yönlendiriyor:

• Sensör Füzyonu: Tehlike algılama doğruluğunu artırmak için birden fazla sensörden (örneğin, kameralar, radar ve ultrasonik) gelen verileri tek bir PCB'ye entegre etmek, yüksek hızlı veri yolları ve gelişmiş sinyal işleme gerektirir.

• Kablosuz Güvenlik Sistemleri: TPMS ve çarpışma sensörlerindeki kablolu bağlantıları, optimize edilmiş RF performansı ve düşük güçlü kablosuz protokoller gerektiren V2X (Araçtan Her Şeye) iletişim modülleriyle entegrasyon yoluyla ortadan kaldırmak.

• Ultra Güvenilir Malzemeler: Sert ortamlarda dayanıklılığı artırmak ve uzun vadeli arıza risklerini azaltmak için düşük nem emilimine sahip yüksek Tg (≥180°C) laminatların benimsenmesi.

Tablo 3: Güvenlik Modülleri için PCB Tasarım Parametreleri

Sonuç

Güvenlik ve izleme sistemleri, EV'lerde PCB güvenilirliği için en yüksek standardı temsil eder ve anında tepki, minyatürleştirme ve katı otomotiv standartlarına uygunluğu önceliklendiren tasarımlar gerektirir. Kompakt TPMS modüllerini sağlayan sert-esnek PCB'lerden ACU işlevselliğini sağlayan yedekli devrelere kadar, bu kartlar yolcu koruması için kritiktir. EV güvenlik teknolojisi geliştikçe, gelecekteki PCB'ler sensör füzyonunu, kablosuz bağlantıyı ve gelişmiş malzemeleri entegre ederek, otomotiv güvenliğinin temeli olarak rollerini daha da artıracaktır. Bu teknolojilerde ustalaşan üreticiler, güvenli elektrikli mobilite için ölçüt belirlemeye devam edeceklerdir.