I-Connect007编辑团队向TTM Technologies提交了一系列问题， TTM现场应用工程经理Walter Olbrich以其独特的视角阐述了汽车及交通运输相关的设计。
Q：如果我们为交通应用创建3个主要的类别，每种类别是否都有明确的客户趋势？
A：是的，汽车电子已经发生了变化，并且会持续发生剧变。曾经的汽车电子产品非常基础，但（也）非常可靠，主要用于发动机控制单元（ECU）/动力传动系统、自动刹车系统（ABS）和车身控制模块（BCM）。现在我们看到有很多新兴的和发展中的产品类别。通常情况下，这些产品按照功能划分为高级驾驶辅助系统（Advanced Driver Assistance Systems ，简称ADAS），包括自动驾驶部分和传感器、动力传动系统和先进驱动程序，以及信息娱乐/通信技术。另一种划分产品类别的方法是按照功能效益，也就是连接性、安全性和减少碳排放能力。
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Q：你有没有见到哪种类别是占据领先优势或者落后的？对创新或原型车的需求是否存在差异？
A：没有看到哪种类别占据领先地位。功能性已经整合在汽车当中，通常需要的不只是一个类别。对于所有产品类别而言，对电子系统和PCB需求的推动力是非常强劲的。例如，将（半）自主驾驶功能安装为独立系统是毫无意义的。需要连接其他功能才能定位车辆，并最终和“X”通信，这个“X”可以指其他汽车、红绿灯或控制点。是否需要连接汽车的传动系统来指挥发动机或方向盘？
当然有一个产品类别是需要最优先处理的，目前正在研发中——原型车设计和不断增长的需求。我们看到全球电动汽车需求量的大幅增长推动着所有电动传动系统项目的开发速度不断提速。大量RFQ和开发项目进入到了PCB供应商阶段。这些新兴产品类别决定了开发工作。
Q：从PCB制造商的角度来看，每种产品类别各自需要哪些关键性能？
A：我们发现各种类别或应用有明显的不同。先从电气化需求开始，可以分为控制功能和供电装置。车辆控制元件（Vehicle Control Units ，简称VCU）是更先进的计算机，为了将信号传送给供电装置，需要处理大量数据。混合动力汽车会在即将到达红绿灯路口或即将遇到急转弯时比司机先感知到状况并减速。动力系统包括充电器、DC/DC转换器、逆变器、电源PCB或电力引擎使用的直流断路器。混合动力汽车主要使用48V电压，驾驶或充电时会有大量电流流过PCB，所以会产生大量热负荷，也就是说要在PCB设计中采用热量管理方法。散热的方式有很多，包括将铜层加厚到12盎司（16.2 mil/411 µm），增加所选导通孔、 镶嵌铜块、 埋铜块、 汇流排的铜层厚度 ，还可以增强涂层或黏结剂的导热性。这些可以直接应用于PCB或用于连接外壳或者冷却元件。设计师一定要考虑到厚铜层上的线宽和间距会大幅增加。它们通常在内层上，从而使得细间距表面安装器件能够焊接到成品PCB上。
针对全电动汽车，需要提出应对大电流、高电压和高热量的解决方案。现在使用的电压介于450~470 V之间，但未来应用需要用到800 V、1000 V乃至1500 V的电压。电压越来越高，PCB的失效模式也会越来越多样。PCB中的电场强度可能会达到局部放电导致损坏或树脂碳化的值，并由局部放电引发雪崩现象，从而造成高电阻短路。若想解决这些难题并创建高度可靠的系统，就需要对PCB设计、叠层、材料、制造方法和位置进行彻底的审视。同时保持清洁度也可以避免在层压板和制造过程中引入外来材料/颗粒，因为这类物质是引起局部放电的源头。材料是关键因素，不同层压板的性能有相当大的差异。客户和一级PCB制造商合作会受益很多。
自动驾驶要实现的连接性、信息娱乐和计算机功能推动着HDI和高级HDI技术不断向前发展。芯片集成正在用高密度BGA，它需要多层层压结构来布线信号。走线宽度及间距正朝着100 µm/100 µm（4 mil/4 mil）以下发展。焊盘的直径在不断缩小，所以越来越难按照IPC 3级标准去制造这些PCB，通常需要在设计过程中做出权衡取舍。为了生产这样的产品，制造商必须投资购买最新的设备。ADAS类别下最主要的组成部分就是雷达和LiDAR传感器。十年前，只有航空航天和国防（A&D）领域会在大设备中采用这些传感器。TTM Technologies长久以来一直是A&D领域最大的供应商之一。我们可以利用专长来支持北美和亚太地区普及这些传感器的商用。
如今新车使用的远程雷达要比之前小。大量开发工作中都会将PCB作为毫米波传感器。最新的技术是混合型，将FR-4与RF材料结合在一起，用微导通孔连接MMIC。其他像天线特性和对准等属性则需要更严格的容差，采用高级设备组合和特殊的控制工艺才可实现。
LiDAR通常会将高分辨率的摄像头和密集的电荷耦合装置（CCD）芯片结合使用，该芯片需要极其严苛的PCB特征容差才能保证对焦准确。LiDAR PCB上需要的机械公差几乎使机械工艺公差发展到了极限。
Q：对于这些各种各样的变化和新研发的技术，你们的客户在哪方面遇到的挑战比较多？
A：虽然PCB采用了各种各样的新技术，但客户在设计时还是要考虑可制造性、长期可靠性，且要符合行业标准和技术规范要求。大多数新PCB设计属性都促使制造商进一步保持标准合规性，例如IPC 2 级和3级。30多年来TTM一直从事PCB制造工作，服务于高可靠性要求的行业。公司提供技术支持的方式就是客户在设计初期尽早与TTM经验丰富的现场应用工程师沟通。他们会考虑长期可靠性和CAF电阻等关键因素，从而减少重新设计。谁都不想在时速160公里的德国高速公路上让汽车重新启动，而且大家都希望汽车能使用20年，哪怕是加拿大或芬兰这种常年冰天雪地的地方。
新型汽车带来的新挑战就是“常年保持启动状态”。通过一种无须车钥匙的小装置，在靠近汽车的时候可自动解锁，这就需要充电设备整夜运行。内部传感器也会用持续监测的方式提醒你是不是把孩子或宠物忘在了车里。这些功能意味着车用电子元件在整个使用周期都保持启动状态变得越来越重要。一年有8760个小时，使用周期加速测试的统计建模方法要考虑到元件的多个有效寿命持续时间。
最高运行温度（MOT）已从130°C上升到150°C以上。产品规格和认证显示温度循环可以达到-40°C 至 +160°C，要在160°C下测试温度贮存。也就是说使用一系列还未经过长期可靠性测试的新型可靠材料，这需要更新UL和IPC中的相关规格要求。
我们的客户不仅需要完成开发和新设计，还需要进行大量工作来鉴定、规定并测试新装置的功能和属性。
Q：换个方向来看，供应商在这种状况下会面临怎样的压力？
A：我们的层压板、化学品和设备供应商也在面临相同的挑战。开发速度在加快，产品的质量和效率在提升，规格要求变得越来越严格。我们紧密协作确保供应商能了解客户的需求和挑战，产品满足需求的同时确保供应链足够灵活。
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更多内容请点击这里查看，文章发表于《PCB007中国线上杂志》4月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。
