Διαδικασία και λύσεις συναρμολόγησης PCB φορτιστών EV

Με την ταχεία εξέλιξη των επιδόσεων των μπαταριών και της τεχνολογίας έξυπνης οδήγησης, οι εξατομικευμένες λύσεις για φορτιστές ηλεκτρικών οχημάτων πρέπει να βελτιώσουν τις επιδόσεις τους, ώστε να ανταποκρίνονται στις συγκεκριμένες απαιτήσεις φόρτισης, ιδίως όσον αφορά τη συναρμολόγηση των ειδικά σχεδιασμένων πλακετών PCB για φορτιστές ηλεκτρικών οχημάτων.​

Πώς να δημιουργήσετε την καλύτερη διαδικασία συναρμολόγησης και λύση για το PCB ενός φορτιστή ηλεκτρικών οχημάτων;​

1. Βελτιστοποίηση του σχεδιασμού του κυκλώματος PCB του φορτιστή ηλεκτρικών οχημάτων​

Η καλύτερη λύση για τη συναρμολόγηση πλακετών τυπωμένων κυκλωμάτων (PCB) είναι η βελτιστοποίηση του σχεδιασμού της ίδιας της πλακέτας:​

1.1 Σχεδιασμός πλακέτας PCB​

Σκεφτείτε να σχεδιάσετε την πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB) του φορτιστή του ηλεκτρικού σας αυτοκινήτου έτσι ώστε τα εξαρτήματα υψηλής ισχύος (π.χ. MOSFET ισχύος, ανορθωτές, πυκνωτές) να τοποθετηθούν σε θέσεις που συμβάλλουν στην καλύτερη απαγωγή θερμότητας. Εξετάστε το ενδεχόμενο να μειώσετε τον κίνδυνο παρεμβολών για αυτά τα λειτουργικά εξαρτήματα, π.χ. εξαρτήματα ισχύος, εξαρτήματα ελέγχου, κατά τη διάρκεια Διάταξη PCB​

1.2 Διαχείριση θερμοκρασίας​

Η κύρια πλακέτα του φορτιστή ηλεκτρικών οχημάτων (EV) παράγει σημαντική θερμότητα κατά τη διάρκεια της φόρτισης υψηλής ισχύος. Η ανεπαρκής απαγωγή θερμότητας οδηγεί σε υπερθέρμανση και μειώνει τη διάρκεια ζωής τόσο του φορτιστή όσο και της μπαταρίας του οχήματος. Η χρήση θερμικών διαύλων (thermal vias) και ο σχεδιασμός ευρύτερων διαδρομών ισχύος αποτελούν επίσης έναν καλό τρόπο για την απομάκρυνση της θερμότητας από τα εξαρτήματα ισχύος. Επιπλέον, ο σχεδιασμός πλακέτας κυκλώματος (PCB) με παχιά στρώση χαλκού γύρω από τα εξαρτήματα υψηλής ισχύος μπορεί να συμβάλει στην αποτελεσματικότερη απαγωγή της θερμότητας· συνήθως, το πάχος του χαλκού για τις πλακέτες φορτιστών ηλεκτρικών οχημάτων είναι 2oz ή 3oz. Εκτός από αυτό, η συγκόλληση ράβδων χαλκού, οι ψύκτρες ή οι ανεμιστήρες ψύξης συμβάλλουν σημαντικά στην απαγωγή της θερμότητας.

2. Η αναγκαιότητα του σχεδιασμού με γνώμονα την κατασκευή (DFM) πριν από τη συναρμολόγηση των πλακετών PCB​

2.1 Έλεγχοι κανόνων σχεδιασμού (DRC)​

Προκειμένου να βελτιωθούν η κατασκευαστική ευκολία και η απόδοση, ο μηχανικός πρέπει να ελέγξει τα τελικά αρχεία σχεδιασμού πριν από την παραγωγή, ώστε να διασφαλίσει ότι η διάταξη του PCB συμμορφώνεται με τους κανόνες επεξεργασίας του κατασκευαστή. Αυτοί οι κανόνες μπορούν να αποτρέψουν ορισμένα προβλήματα κατά τη διάρκεια της κατασκευής και της συναρμολόγησης. Οι έλεγχοι DRC περιλαμβάνουν κυρίως το πλάτος και την απόσταση των διαδρομών, το μέγεθος των διαύλων (via) και των επαφών (pad), καθώς και το διάκενο μεταξύ των επαφών​

• Πλάτος και απόσταση μεταξύ των διαδρομών: το πολύ μικρό πλάτος και η πολύ μικρή απόσταση μεταξύ των διαδρομών μπορεί να προκαλέσουν βραχυκυκλώματα ή παρεμβολές στο σήμα. Πρέπει να λάβουμε υπόψη το ελάχιστο πλάτος και την ελάχιστη απόσταση μεταξύ των διαδρομών​

• Επαφές και διαύλοι: Οι επαφές και οι διαύλοι πρέπει να πληρούν τις ανοχές διάτρησης και δακτυλιοειδούς δακτυλίου που ορίζει ο κατασκευαστής του PCB σας. Οι δακτυλιοειδείς δακτύλιοι ή οι επαφές με διαστάσεις μικρότερες από τις προβλεπόμενες μπορεί να οδηγήσουν σε διακοπή των συνδέσεων, ελαττώματα στις διαμπερείς επιμεταλλώσεις ή υψηλότερο κόστος κατασκευής.​

• Απόσταση μεταξύ των επαφών: πρέπει να διασφαλίσουμε ότι υπάρχει επαρκής απόσταση μεταξύ των επαφών, ώστε να αποφευχθεί η δημιουργία γεφυρών συγκόλλησης κατά τη συναρμολόγηση. Εάν η απόσταση αυτή είναι πολύ μικρή, ενδέχεται να προκληθεί βραχυκύκλωμα.​

• Αποστάσεις μεταξύ εξαρτημάτων: Είναι επίσης πολύ σημαντικό να εξασφαλίζεται επαρκής απόσταση μεταξύ των εξαρτημάτων για την συγκόλληση και για την αποφυγή μηχανικών παρεμβολών.​

2.2 Βελτιστοποίηση της τοποθέτησης εξαρτημάτων​

Η τοποθέτηση των εξαρτημάτων είναι καθοριστικής σημασίας για τη βελτίωση της υψηλής απόδοσης της συναρμολόγησης, της καλής λειτουργίας και της κατασκευαστικής ευκολίας:​

• Διάταξη εξαρτημάτων: για τη βελτίωση της αποδοτικότητας και τη μείωση του κόστους εργασίας, όλα τα εξαρτήματα πρέπει να τοποθετούνται αποτελεσματικά με τη χρήση μηχανημάτων (π.χ. μηχανές «pick-and-place»). Η χειροκίνητη τοποθέτηση δεν επιτρέπει την ορθή τοποθέτηση όλων των εξαρτημάτων και σπαταλά πολύ χρόνο, γι’ αυτό πρέπει να λαμβάνουμε υπόψη τη διάταξη των εξαρτημάτων στην πλακέτα PCB​

• Διευκρινίστε με σαφήνεια τον προσανατολισμό και την πολικότητα των εξαρτημάτων: Τα εξαρτήματα που έχουν προσανατολισμό και πολικότητα πρέπει να τοποθετηθούν σωστά, ώστε να αποφευχθούν οι επαναλήψεις εργασιών και οι επισκευές κατά τη συναρμολόγηση.​

2.3 Ομαδοποίηση πλακετών PCB για αποδοτική κατασκευή​

Ο μηχανικός DFM μπορεί να τοποθετήσει πολλές πλακέτες σε ένα ενιαίο πάνελ, προκειμένου να βελτιστοποιήσει τη διαδικασία κατασκευής και συναρμολόγησης των PCB. Ιδιαίτερα για τα PCB μικρού μεγέθους πίνακες.Σε με σκοπό τη μείωση των αποβλήτων. Λαμβάνοντας υπόψη τον σχεδιασμό εγκοπών τύπου V, εγκοπών τύπου «δάγκωμα ποντικιού» ή γλωττίδων αποκόλλησης για εύκολο διαχωρισμό μετά τη συναρμολόγηση.​

3. Παρουσίαση περιπτώσεων πελατών: Παροχή της βέλτιστης λύσης συναρμολόγησης για πλακέτες PCB σταθμών φόρτισης​

Χάρη στην εμπιστοσύνη που μας έδειξε ο πελάτης, λάβαμε μια παραγγελία από έναν Ευρωπαίο πελάτη για την παραγωγή και τη συναρμολόγηση 1.500 σετ κύριων και δευτερευόντων πλακετών PCB για σταθμούς φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων.​

3.1 Σχεδιασμός​

Οι πλακέτες τυπωμένου κυκλώματος (PCB) έχουν διάταξη 4 στρωμάτων με πάχος χαλκού 2 oz και διαδικασία διαύλων γεμισμένων με ρητίνη. Οι πλακέτες είναι σχετικά μεγάλες και περιλαμβάνουν σχεδόν 200 τύπους εξαρτημάτων, με συνολικό αριθμό χιλιάδων ηλεκτρονικών εξαρτημάτων.​

3.2 Κατασκευή πλακετών τυπωμένων κυκλωμάτων​

Πριν από την παραγωγή των PCB, η ομάδα μηχανικών μας επανεξέτασε τα αρχεία Gerber, συμπεριλαμβανομένων των στρωμάτων Top/Bottom, της μεταξοτυπίας, της μάσκας συγκόλλησης, των δεδομένων διάτρησης, του μηχανικού στρώματος και άλλων βασικών αρχείων. Επίσης, επαλήθευσε τη μορφή των αρχείων (π.χ. RS-274X) για να διασφαλίσει ότι πληρούν τις απαιτήσεις παραγωγής και να αποτρέψει σφάλματα ανάλυσης δεδομένων λόγω σφαλμάτων μορφής. Οι μηχανικοί χρησιμοποίησαν επαγγελματικό λογισμικό, όπως το CAM350 και το Altium Designer, για να πραγματοποιήσουν ολοκληρωμένους ελέγχους DRC στα αρχεία Gerber σύμφωνα με τα εσωτερικά πρότυπα παραγωγής και τις απαιτήσεις των πελατών. Οι έλεγχοι περιλαμβάνουν κυρίως την ακρίβεια του μεγέθους των οπών, την απόσταση και το πλάτος των διαδρομών, την ακεραιότητα των επιφανειών επαφής, την ακρίβεια της μεταξοτυπίας και τις ειδικές διεργασίες. Για ειδικές απαιτήσεις επεξεργασίας στο σχέδιο του πελάτη (όπως τυφλές/εγκρυμμένες διαβάσεις, παχύ χαλκό, έλεγχο σύνθετης αντίστασης), οι μηχανικοί επικεντρώθηκαν στην επαλήθευση ότι οι παράμετροι σχεδιασμού αντιστοιχούν στις δυνατότητες παραγωγής και βελτιστοποίησαν και δημιούργησαν ένα αρχείο EQ (Engineering Qualification). Μετά την έγκριση του αρχείου EQ κατόπιν εσωτερικής αξιολόγησης, αυτό μετατρέπεται σε αρχεία Gerber και διάτρησης έτοιμα για παραγωγή, ενώ παράγονται επίσης ένας κατάλογος υλικών (BOM) και σχέδια συναρμολόγησης. Τα αρχεία παραγωγής πρέπει να είναι απολύτως συνεπή με το αρχείο EQ και να φέρουν ένδειξη αριθμού έκδοσης και ημερομηνίας έναρξης ισχύος.​

3.3 Προμήθεια εξαρτημάτων​

Κατά τη διάρκεια της παραγωγής των πλακετών τυπωμένων κυκλωμάτων (PCB), το εξειδικευμένο τμήμα προμηθειών της εταιρείας μας παραγγέλνει τα εξαρτήματα του καταλόγου υλικών (BOM) ένα προς ένα, σύμφωνα με τον τελικό κατάλογο υλικών που έχει ελέγξει ο μηχανικός μας και επιβεβαιώσει ο πελάτης.​

3.4 Σήμανση σειριακού αριθμού με λέιζερ σε πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων​

Πριν από την τοποθέτηση όλων των εξαρτημάτων στην πλακέτα, πρέπει να αναγράψουμε τον σειριακό αριθμό στις πλακέτες με σήμανση λέιζερ. Αρχικά, λαμβάνουμε από τον πελάτη τον αλφαριθμητικό σειριακό αριθμό (π.χ. SN00001) ή τη μορφή, τη θέση, το μέγεθος και τη γραμματοσειρά. Κάθε πλακέτα φέρει έναν συγκεκριμένο σειριακό αριθμό που έχει αναγραφεί με λέιζερ για λόγους αναγνώρισης​

3.5 Συναρμολόγηση της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος (PCB) του φορτιστή ηλεκτρικού οχήματος​

Συναρμολόγηση των κύριων και δευτερευόντων πλακετών τυπωμένου κυκλώματος (PCB) φορτιστών ηλεκτρικών οχημάτων, συμπεριλαμβανομένης της συναρμολόγησης SMT και THT· ακολουθούν οι διαδικασίες συγκόλλησης με κύμα, αμμοβολής, επίστρωσης προστατευτικού υλικού, λειτουργικού ελέγχου και τελικής επιθεώρησης.​

Συμπέρασμα​

Η συναρμολόγηση πλακετών τυπωμένου κυκλώματος (PCB) για φορτιστές ηλεκτρικών οχημάτων δεν διαφέρει ουσιαστικά από τη συναρμολόγηση άλλων πλακετών. Οι πλακέτες τυπωμένου κυκλώματος για φορτιστές ηλεκτρικών οχημάτων πληρούν υψηλότερες απαιτήσεις ασφάλειας, αξιοπιστίας και κανονιστικών διατάξεων σε σύγκριση με τις τυπικές πλακέτες καταναλωτικών προϊόντων· για αυτόν τον τύπο πλακετών βιομηχανικού ελέγχου πρέπει να δίνουμε ιδιαίτερη προσοχή σε πολύ περισσότερες λεπτομέρειες​

1. Υψηλή τάση και απομόνωση​

2. Διαχείριση θερμοκρασίας​

3. Ανθεκτικότητα και μακροζωία​

4. Ικανότητα διαχείρισης ισχύος και διαδρομές ρεύματος​

5. Έλεγχος EMC/EMI​

6. Εξαρτήματα κρίσιμης σημασίας για την ασφάλεια και εφεδρεία​

7. Έλεγχοι διεργασιών και πιστοποίηση​

8. Ιχνηλασιμότητα και σειριοποίηση​

9. Δοκιμές περιβαλλοντικής αντοχής και αξιοπιστίας​

10. Δυνατότητα συντήρησης στο πεδίο και τεκμηρίωση​

11. Χειρισμός και ασφάλεια στην παραγωγή​

12. Επιλογή προμηθευτών και εξαρτημάτων