کاربردهای مهم PCBهای آلومینیومی در صنعت خودرو

با تکامل اتومبیل های مدرن به ماشین های هوشمند، الکتریکی و متصل، وابستگی آنها به الکترونیک پیشرفته از چراغ های جلو LED به ماژول های قدرت خودروهای الکتریکی (EV) افزایش یافته است.در قلب اين الکترونيک ها يك قطعه مهم وجود دارد: PCB های آلومینیومی. بر خلاف PCB های سنتی FR4 (که با گرما و دوام مبارزه می کنند) ، PCB های آلومینیومی دارای هسته فلزی هستند که در تبعید گرما، قدرت مکانیکی،طراحی سبک و سبک باعث می شود که آنها برای شرایط سخت استفاده از خودرو (درجات حرارت شدید) ایده آل باشند.این راهنما بررسی می کند که چرا PCBهای آلومینیومی در اتومبیل ها ضروری هستند، کاربردهای اصلی آنها (مدیریت انرژی، روشنایی، سیستم های ایمنی) ،و اینکه چگونه شرکای مانند LT CIRCUIT راه حل هایی را ارائه می دهند که ایمنی خودرو را افزایش می دهند، کارایی و قابلیت اطمینان.

نکات کلیدی
1تبعید گرما قابل مذاکره نیست: PCBهای آلومینیومی دارای رسانایی حرارتی تا 237 W/mK (در مقابل 0.3 W/mK برای FR4) هستند، در حالی که اجزای حیاتی (inverters EV،چراغ های جلو LED) خنک کننده و جلوگیری از گرم شدن بیش از حد.
2دوام برای محیط های خشن: مقاومت مکانیکی آلومینیوم در برابر لرزش، رطوبت و نوسانات دمایی (-40 °C تا 150 °C) ،تضمین عمر طولانی برای سیستم های حیاتی ایمنی (کنترلرهای کوله هوا)، ADAS).
3وزن سبک = کارآمد: PCB های آلومینیومی 30٪ تا 50٪ سبک تر از FR4 هستند، وزن خودرو را کاهش می دهند و بهره وری سوخت (برای اتومبیل های ICE) یا برد باتری (برای EV) را افزایش می دهند.
4برنامه های کاربردی متنوع: مدیریت برق، روشنایی، ماژول های کنترل و سنسورهای ایمنی همه به PCB های آلومینیومی برای ارائه عملکرد سازگار تکیه می کنند.
5.در آینده برای EV ها / ADAS: با تبدیل شدن خودروها به الکتریکی و مستقل ، PCB های آلومینیومی حتی مهم تر خواهند شد ✓ پشتیبانی از سیستم های EV با قدرت بالا و دوربین های ADAS / رادار حساس به گرما.

PCBهای آلومینیومی: چه چیزی هستند و چرا برای ماشین ها اهمیت دارند
PCB های آلومینیومی (همچنین به عنوان PCB های فلزی نیز شناخته می شوند، MCPCB ها از PCB های FR4 سنتی در ساختار و خواص خود متفاوت هستند).

1ساختار هسته ای: طراحی شده برای گرما و قدرت
PCB های آلومینیومی دارای سه لایه اصلی هستند که هر کدام برای استفاده در خودرو بهینه شده اند:

2خواص کلیدی که PCB آلومینیومی را برای اتومبیل ها ایده آل می کند
ویژگی های منحصر به فرد PCBهای آلومینیومی، بزرگترین نقاط درد الکترونیک خودرو را حل می کند:

3چگونه PCBهای آلومینیومی از PCBهای FR4 سنتی بهتر عمل می کنند
برای استفاده در خودرو، PCB های FR4 (استانداردهای صنعتی برای الکترونیک مصرفی) در سه زمینه مهم کم هستند. PCB های آلومینیومی این شکاف ها را برطرف می کنند:

کاربردهای حیاتی PCBهای آلومینیومی در سیستم های خودرو
PCB های آلومینیومی تقریباً در هر قطعه خودرو با عملکرد بالا و ایمنی حیاتی از نورپردازی پایه گرفته تا سیستم های پیشرفته برق خودرو استفاده می شوند. در زیر تأثیرگذارترین کاربردهای آنها ذکر شده است.

1سیستم های مدیریت انرژی: قلب خودروهای برقی و خودروهای یخچال
مدیریت انرژی، کاربرد شماره یک برای PCBهای آلومینیومی در خودروها است، به ویژه با افزایش استفاده از وسایل نقلیه. این سیستم ها ولتاژ بالا (400V ¥ 800V برای وسایل نقلیه) را مدیریت می کنند و گرما بسیار زیادی تولید می کنند.باعث می شود که رسانایی حرارتی آلومینیوم ضروری باشد..

برنامه های کلیدی مدیریت انرژی
a.EV Inverters: تبدیل برق باتری DC به AC برای موتورهای الکتریکی. PCB های آلومینیومی از IGBT ها (Transistors Bipolar Gate Insulated) گرمایی را از بین می برند و از فرار حرارتی جلوگیری می کنند.PCBهای آلومینیومی LT CIRCUIT برای اینورترها از 3 اونس از مس استفاده می کنند تا جریان 200A+ را کنترل کنند.
سیستم های مدیریت باتری (BMS): سلول های باتری EV را ( ولتاژ، درجه حرارت) نظارت کنید. PCB های آلومینیومی سنسورهای BMS را خنک نگه می دارند، خواندن دقیق را تضمین می کنند و از آتش گرفتن باتری جلوگیری می کنند.
c.DC-DC کنورتر: قدرت باتری ولتاژ بالا EV را به 12V برای چراغ ها / اطلاعات تفریحی کاهش دهید. PCB های آلومینیومی بدون گرم شدن 50W100W حمل قدرت را اداره می کنند.

چرا PCBهای آلومینیومی در اینجا برتری دارند
a. تبعید گرما: گرما را 700 برابر سریعتر از FR4 از نیمه هادی های قدرت (IGBT، MOSFET) منتقل می کند.
b.معامله با جریان: ردپای مس ضخیم (23 اونس) جریان های بالا را بدون افت ولتاژ حمل می کند.
c.قابل اطمینان: در برابر لرزش در محفظه موتور EV مقاومت می کند و 10 سال خدمات را تضمین می کند.

2نورپردازی خودرو: سیستم های LED که روشن و خنک باقی می مانند
چراغ های جلو LED، چراغ های عقب و روشنایی داخلی برای حل یک مشکل عمده به PCB های آلومینیومی تکیه می کنند: انباشت گرما LED. LED ها در هنگام گرم شدن بیش از حد PCB های آلومینیومی روشنایی و عمر خود را از دست می دهند.

کاربردهای کلیدی نورپردازی
الف. چراغ های جلو LED: چراغ های جلو LED مدرن 30W50W گرما تولید می کنند. PCB های آلومینیومی به عنوان بخاری های داخلی عمل می کنند و LED ها را در 60°C80°C (بهترین برای روشنایی و عمر) نگه می دارند.
ب. چراغ های عقب / چراغ های ترمز: چراغ های عقب LED با شدت بالا از PCB های آلومینیومی برای حفظ روشنایی در طول رانندگی طولانی (به عنوان مثال، سفرهای بزرگراه) استفاده می کنند.
نورپردازی داخلی: نوارهای LED محیطی در کابین های خودرو از PCB های آلومینیومی نازک استفاده می کنند تا در فضاهای تنگ (به عنوان مثال پانل های درب) قرار گیرند در حالی که خنک باقی می مانند.

راه حل های روشنایی LT CIRCUIT
LT CIRCUIT PCBهای آلومینیومی سفارشی را برای روشنایی خودرو طراحی می کند با:
a.شیری های حرارتی: شیری های 0.3 میلی متری با فاصله 1 میلی متری برای انتقال گرما از LED ها به هسته آلومینیومی.
b. لایه های مس بازتاب دهنده: تولید نور LED را 15٪ افزایش دهید (برای چراغ های جلو حیاتی است).
c.آلومینیوم آنودیزه شده: در برابر زرد شدن در اثر قرار گرفتن در معرض اشعه UV (معمولا در چراغ های بیرونی) مقاومت می کند.

3ماژول های کنترل: مراکز مغزی حیاتی برای ایمنی
خودروها به ماژول های کنترل برای مدیریت همه چیز از عملکرد موتور تا انتشار کوله هوا متکی هستند. این ماژول ها در شرایط سخت زیر هود کار می کنند

برنامه های کاربردی ماژول کنترل کلیدی
a. واحدهای کنترل موتور (ECU): تزریق سوخت، روشن شدن و انتشار را تنظیم می کنند. PCB های آلومینیومی میکروچیپ های ECU را خنک نگه می دارند (حتی زمانی که دمای زیر هود 120 °C را به دست می آورد).
b. کنترل کننده های انتقال: مدیریت تغییر دنده در انتقال اتوماتیک / الکتریکی. مقاومت لرزش آلومینیوم مانع از شکست مفاصل جوش در قطعات متحرک می شود.
c. ماژول های کنترل بدن (BCM): کنترل پنجره های برق، قفل ها و سیستم های آب و هوایی. PCB های آلومینیومی با طراحی سبک وزن در فضاهای تنگ داشبورد قرار می گیرند.

چرا PCBهای آلومینیومی قابل مذاکره نیستند
a.استقرار دمایی: عملکرد را از -40°C ( زمستان) تا 150°C ( تابستان) حفظ کنید.
b.حراست EMI: هسته فلزی مانع تداخل از سنسورهای نزدیک (به عنوان مثال سنسورهای اکسیژن) می شود و از خطاهای ECU جلوگیری می کند.

4ایمنی و سیستم های ADAS: حفظ ایمنی رانندگان
سیستم های پیشرفته کمک راننده (ADAS) و سنسورهای ایمنی (کوله هوا، ترمز ضد قفل) نیاز به الکترونیک ضد شکست دارند. PCBهای آلومینیومی این کار را از طریق دوام و مدیریت گرما انجام می دهند.

برنامه های کلیدی ایمنی/ADAS
دوربین های ADAS / رادار: ویژگی های خودران (کمک به نگه داشتن مسیر ، ترمز اضطراری خودکار) از سنسورهای تصویر حساس به گرما استفاده می کنند.اطمینان از دید روشن در آب و هوای گرم.
b.کنترلرهای کوله هوا: کوله هوا را در 0.03 ثانیه باز کنید. PCB های آلومینیومی در برابر لرزش مقاومت می کنند و اطمینان حاصل می کنند که کنترلر در هنگام تصادف خراب نمی شود.
c. ماژول های ضد قفل ترمز (ABS): جلوگیری از قفل چرخ در هنگام ترمز. PCB های آلومینیومی بار 12V24V و رطوبت را تحمل می کنند (معمول در جاده های مرطوب).

توجه به امنيت
PCBهای آلومینیومی LT CIRCUIT برای سیستم های ایمنی با استانداردهای دقیق خودرو (ISO 26262 برای ایمنی عملکردی) مطابقت دارند و تحت:
a.بررسی چرخه حرارتی: 1000 چرخه در درجه -40 تا 125 درجه سانتیگراد برای شبیه سازی 10 سال استفاده.
ب.بررسی لرزش: لرزش 20G برای 100 ساعت برای اطمینان از نگه داشتن مفاصل جوش.

5وسایل نقلیه الکتریکی: آینده استفاده از آلومینیوم PCB در خودرو

خودروهای الکتریکی سریعترین بازار در حال رشد برای PCBهای آلومینیومی هستند. سیستم های قدرتمند آنها ( موتورها، باتری ها، اینورترها) به خواص حرارتی و مکانیکی آلومینیوم وابسته هستند.

برنامه های کاربردی خاص EV
a. کنترل کننده های موتور الکتریکی: سرعت موتور EV و گشتاور را تنظیم می کنند. PCB های آلومینیومی گرما را از نیمه هادی های با قدرت بالا از بین می برند و عمر موتور را افزایش می دهند.
b. شارژر های سوار (OBCs): شارژ باتری های EV از منافذ AC. PCB های آلومینیومی بار 6.6kW11kW را تحمل می کنند و شارژر ها را در طول جلسات شارژ 4 8 ساعت خنک نگه می دارند.
بسته های باتری EV: PCB های آلومینیومی با سلول های باتری ادغام می شوند تا دمای را کنترل کنند و از فرار حرارتی (یک علت اصلی آتش سوزی EV) جلوگیری کنند.

رشد بازار
انتظار می رود بازار جهانی PCB آلومینیومی خودرو تا سال 2033 با 8.5٪ CAGR رشد کند ، که توسط پذیرش EV هدایت می شود.LT CIRCUIT برآورد می کند که 70 درصد از فروش PCB خودرو در حال حاضر از پروژه های مربوط به EV می آید.

مزایای PCBهای آلومینیومی برای صنعت خودرو
فراتر از کاربردهای فنی، PCBهای آلومینیومی مزایای ملموس تجاری و زیست محیطی را برای تولیدکنندگان خودرو و رانندگان ارائه می دهند.

1کاهش وزن: افزایش کارایی و محدوده
خودروها برای رسیدن به استانداردهای کارایی سوخت (به عنوان مثال EPA ٪ 54.5 mpg تا سال 2026) و اهداف دامنه EV سبک تر می شوند. PCB های آلومینیومی با:
a. جایگزینی PCB های سنگین FR4 + بخاری های حرارتی با طرح های سبک سنگ فلزی (از 50 تا 100 گرم در هر جزء صرفه جویی می شود).
b. امکان استفاده از الکترونیک های کوچکتر و فشرده تر (به عنوان مثال، یک اینورتر EV 30٪ کوچکتر).

به عنوان مثال، یک وسیله نقلیه متوسط با استفاده از PCB های آلومینیومی در اینورتر، BMS و سیستم های روشنایی می تواند وزن کل را به میزان ۲٫۳ کیلوگرم کاهش دهد و برد باتری را به میزان ۱۰٫۱۵ کیلومتر در هر شارژ افزایش دهد.

2بهره وری سوخت و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای
اتومبیل های سبک تر انرژی کمتری مصرف می کنند:
a.ماشین های ICE: هر کاهش 100 کیلوگرم وزن باعث بهبود بهره وری سوخت با 0.3~0.5 mpg و کاهش انتشار CO2 با 5~10g/km می شود.
b.EVs: هر کاهش وزن 100 کیلوگرم دامنه را با 5-8 کیلومتر افزایش می دهد، نیاز به شارژ مکرر (و انتشار شبکه) را کاهش می دهد.

PCB های آلومینیومی همچنین باعث بهبود بهره وری انرژی می شوند، زیرا سیستم ها را خنک نگه می دارند. ضایعات الکترونیک بیش از حد گرم 10٪ تا 20٪ انرژی بیشتری دارند (به عنوان مثال، یک اینورتر EV داغ انرژی DC را به AC تبدیل می کند).

3نگهداری کمتر و طول عمر طولانی تر
دوام PCBهای آلومینیومی باعث کاهش هزینه های تعمیر برای صاحبان خودرو و تولید کنندگان می شود:
a. نرخ شکست کاهش یافته: PCB های آلومینیومی 70٪ کمتر از FR4 در استفاده از خودرو شکست می خورند (به دلیل مقاومت بهتر در برابر گرما و ارتعاش).
ب.مدت عمر بیشتر قطعات: چراغ های جلو LED با PCB های آلومینیومی 50،000 ساعت طول می کشد (در مقابل 20،000 ساعت با FR4) ، که نیاز به تعویض لامپ را از بین می برد.
c. پس انداز در ضمانت: سازندگان خودرو که از PCB های آلومینیومی استفاده می کنند، گزارش می دهند که 30% درخواست های تضمین کمتری برای اجزای الکترونیکی دارند.

LT CIRCUIT: راه حل های PCB آلومینیومی درجه خودرو
LT CIRCUIT یک تامین کننده پیشرو از PCB های آلومینیومی برای صنعت خودرو است که بر ایمنی، عملکرد و سفارشی سازی تمرکز دارد. راه حل های آنها نیازهای منحصر به فرد سازندگان خودرو را برآورده می کند،از وسایل نقلیه ICE به وسایل نقلیه پیشرفته.

1طراحی سفارشی برای نیازهای خودرو
LT CIRCUIT با سازندگان خودرو برای طراحی PCB های آلومینیومی متناسب با کاربردهای خاص کار می کند:
a. سیستم های برق EV: PCB های آلومینیومی 8 ٪12 لایه با 3 اونس نشان مس و ویاس های حرارتی برای مدیریت جریان بالا.
ب. سنسورهای ADAS: PCBهای آلومینیومی نازک (0,8 میلی متر) با محافظ EMI برای محافظت از سیگنال های رادار / دوربین.
c. روشنایی: لایه های مس بازتاب دهنده و آلومینیوم آنودیزه شده برای حداکثر روشنایی LED و مقاومت UV.

2کیفیت و انطباق سختگیرانه
تمام PCBهای آلومینیومی LT CIRCUIT با استانداردهای خودرو مطابقت دارند:
a.ISO 26262: ایمنی عملکردی برای ADAS و سیستم های ایمنی (تا ASIL D، بالاترین سطح ایمنی).
b.IATF 16949: مدیریت کیفیت برای تولید خودرو.
c.UL 94 V-0: بازدارنده شعله برای جلوگیری از آتش سوزی در محفظه باتری EV.

3تست برای دوام خودرو
LT CIRCUIT هر PCB آلومينيومي رو به آزمايش هاي سختگير تحويل ميده
a. چرخه حرارتی: -40°C تا 125°C برای 1000 چرخه.
b. آزمایش لرزش: شتاب 20G برای 100 ساعت.
c. مقاومت در برابر رطوبت: رطوبت 85 °C/85٪ برای 1000 ساعت (نمونه آب و هوای مرطوب).

سوالات عمومی
1چرا نمی توان از PCB های FR4 در سیستم های برق خودرو استفاده کرد؟
PCB های FR4 رسانایی حرارتی ضعیف (0.3 W/mK) دارند و نمی توانند گرمای 50W+ از اینورترهای EV/IGBT را اداره کنند. آنها همچنین به بخاری های حرارتی خارجی نیاز دارند.اضافه کردن وزن و اندازه  معایب حیاتی برای محدوده و فضای EV.

2آیا PCBهای آلومینیومی گران تر از FR4 هستند؟
بله، قیمت PCB آلومینیومی 20٪ تا 30٪ بیشتر است. اما طول عمر طولانی تر آنها (10+ سال در مقابل 5 سال برای FR4) و هزینه های نگهداری پایین تر آنها را در طول عمر ماشین ارزان تر می کند.

3آیا PCBهای آلومینیومی می توانند در آب و هوای سرد استفاده شوند؟
PCB های آلومینیومی کاملاً بدون ترک -40 درجه سانتیگراد (معمولاً در زمستان) مقاومت می کنند. هسته فلزی آنها نسبت به FR4 کمتر در معرض گسترش و انقباض حرارتی است و به همین دلیل برای مناطق سرد ایده آل است.

4چگونه PCBهای آلومینیومی به ایمنی باتری خودرو کمک می کنند؟
PCB های آلومینیومی در سیستم های BMS سنسورهای دمایی را خنک و دقیق نگه می دارند، از شارژ بیش از حد یا گرم شدن سلول های باتری جلوگیری می کنند. آنها همچنین در برابر رطوبت مقاومت می کنند و خطر شارژ باتری را کاهش می دهند.

5آینده PCBهای آلومینیومی در خودروها چیست؟
همانطور که خودروها بیشتر الکتریکی (EVs) و خودمختار (ADAS) می شوند، PCB های آلومینیومی اهمیت بیشتری خواهند داشت. کارشناسان پیش بینی می کنند که تا سال 2030، 90٪ از اتومبیل های جدید از PCB های آلومینیومی در قدرت، نورپردازی،و سیستم های ایمنی.

نتیجه گیری
PCBهای آلومینیومی تبدیل به سنگ بنای الکترونیک خودروهای مدرن شده اند که امکان انتقال به اتومبیل های الکتریکی، مستقل و کارآمد را فراهم می کند. ترکیب منحصر به فرد آنها از تبعید گرما، دوام،و طراحی سبک وزن بزرگترین چالش های استفاده از خودرو را حل می کنداز اینورترهای EV تا سنسورهای ADAS، PCBهای آلومینیومی تضمین می کنند که سیستم های حیاتی برای بیش از 10 سال به طور قابل اعتماد کار می کنند.در حالی که صرفه جویی در وزن آنها باعث افزایش بهره وری سوخت و دامنه EV می شود.

برای تولیدکنندگان خودرو، همکاری با یک تامین کننده قابل اعتماد مانند LT CIRCUIT کلید طراحی سفارشی، رعایت کیفیت دقیق،و تست های خاص خودرو اطمینان می دهد که PCBهای آلومینیومی با سخت ترین استانداردهای صنعت مطابقت دارندبا تکامل صنعت خودرو، PCB های آلومینیومی برای ساخت وسایل نقلیه امن تر، سبز تر و پیشرفته تر ضروری خواهند بود.

پیام روشن است: اگر شما در حال طراحی الکترونیک خودرو هستید، چه برای یک ماشین ICE، EV، یا سیستم ADAS، PCBهای آلومینیومی فقط یک گزینه نیستند؛ آنها یک ضرورت هستند. توانایی آنها برای مدیریت گرما،مقاومت در برابر آسیب، و کاهش وزن آنها را در خط مقدم نوآوری خودرو برای دهه های آینده نگه می دارد.