Christian Klein
Bosch公司汽车电子产品分公司PCB部门经理
Nolan Johnson、Barry Matties和Happy Holden共同采访了Bosch公司汽车电子产品分公司PCB部门经理Christian Klein，深入探讨了最近Bosch发表的“电动汽车发展趋势对未来PCB的挑战”演讲。
Nolan Johnson：我们注意到Bosch关于未来对PCB需求的演讲，你如何看待汽车行业对PCB制造提出的要求？你认为未来的前景如何？
Christian Klein：这取决于PCB的应用领域或使用概况。汽车行业有两大趋势：一是电动交通；二是互联汽车。这两种趋势需要不同的技术。例如，电动交通需要在温度高达160℃甚至更高、电流高达几百安培的条件下，在基板上集成功率元件，对此类PCB的要求难度极高。另一方面，电脑用PCB已经应用于消费品行业，它更像是图形卡或服务器，但还未应用于汽车行业。因此，我们必须区分使用概况以及对PCB的不同要求。共同点是，它们都需要在汽车环境中运行。
Barry Matties：在世界电子电路大会(ECWC)上的演讲提到了的未来需求，目前是否得到了满足？
Klein：目前这些要求正在被满足。如今，电动汽车仍经常使用基于陶瓷基板的电力电子产品。对于自动驾驶，其要求会增加，新的元件甚至需要比以前更复杂的HDI技术。计算机需要更高的数据传输速率，该技术指标每年都在增加。因此，我们不得不在未来的高速电子产品中使用其他材料，如具有适当Dk和Df值的极低损耗或超低损耗材料。这些材料通常更脆，不像传统材料那样具有稳固的抗微裂纹性能。考虑到已知的失效模式，如CAF或微裂纹，这可能是一个挑战。
在汽车环境中，温度循环和温度存储是重要的参数。但我们必须非常小心湿度。车辆的子系统总是以低功耗运行，在这些体系中可能存在电化学迁移。如果高速电子要使用这些新材料，那么必须非常小心。目前我们有解决方案，但对于带宽更大、频率更高的下一代产品，我们必须选择其他材料，这些材料必须经过鉴定，确认是否符合未来PCB的要求。
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Matties：谈到电化学迁移，你们是否在考虑改变清洗标准和要求？
Klein：清洗相当困难，问题是到目前为止没有公司能提供完美的清洗解决方案。组装后，一些焊膏残留物可能留在QFP和其他元件下方的小间隙中，很难完全清洗去除。裸板本身问题不大，生产后仍在PCB上的部分将在第一次回流时蒸发。此后，它取决于具体使用状况。如果设计师让外壳具有气密性并且能够气压补偿，那么温暖和潮湿的空气不会直接进入PCB，可以避免结露。清洗不是问题，因为我们可采用特有的控制装置设计避免这种结露。
Matties：你们在设计实际的PCB时，也要考虑这个因素？
Klein：是的，比PCB本身更重要的是外壳。可能在将来，不得不使用风扇从外部冷却电子设备，这将会改变应对方法。同时需要特定的元件或保护PCB的涂层。到目前为止，我们试图通过设计适当的电子产品外壳来避免这种情况。
Happy Holden：找到具有适当成本的适当材料，或者找到可以始终如一地生产出高质量产品的适当制造商，哪一个将是未来更大的挑战？
Klein：这是一个非常有趣的问题，因为汽车市场面临成本压力。我们必须谨慎选择能够以合理成本生产的技术，以便满足客户的购买能力。另一方面，解决方案必须非常稳健，因此不能总是采用尖端前沿技术。
至于材料和PCB制造商，必须有能够处理不同材料的适当PCB制造商。我们与PCB制造商一起讨论哪种材料可满足要求。
例如，想在PCB上组装碳化硅器件，并想在160℃或更高温度下运行PCB，那么就需要特定的材料，不能使用标准的FR-4。
如果在车里使用高频计算机，那么需要低损耗、低Df材料。这些材料已经上市，但直到现在，还没有全部完成针对汽车应用的鉴定。我们正在与基材供应商一起测试材料，并与PCB制造商一起审核结果。如你所见，我们正在和供应链一起选择材料。
Holden：我退休前是为汽车供应商Gentex工作，该公司负责满足宝马、奥迪、梅赛德斯、丰田和日产的质量要求。汽车用PCB比军用PCB的质量要求要高得多，且汽车用PCB必须是低成本的。在军用市场，质量要求高，价格也会相应提高，但汽车是高产量的。有一次，我接到一个电话，要为F-22战斗机提供PCB，我问他们：“你为什么打电话给我？我没有做过军用HDI。”他们说：“不，我们听说过也看到过你关于汽车HDI的论文。我们计划按照汽车用PCB的要求和质量生产F-22的PCB。”我说：“好吧，如果你的重点是达到汽车PCB质量要求，那么我可以帮你。”
Klein：我听说过这件事。由于汽车使用寿命长、环境条件（包括温度和湿度）不同，市场上对汽车的要求往往最为苛刻。最重要的问题是温度循环、温度存储和湿度。
Matties：很有趣。当你们寻找PCB制造商时，什么最重要？ Klein：最重要的是PCB制造商能够以合理的成本水平提供所需质量的技术。Bosch和PCB制造商之间的长期战略必须相适应。由于汽车产品生命周期长，PCB制造商必须与我们合作若干年。从技术的角度来看，PCB制造商必须在质量、工艺和长期稳定性方面都非常优秀。他们必须有优秀的质量测量工具，整个生产过程必须得到很好的开发和记录，这样我们才能信任他们，保证在今天、明年或五年内得到具有同样质量的产品。这种持久性是限制我们采用最先进技术的原因。我们需要具有成本效益和非常强大的稳健技术。
Johnson：Christian，在我看来，材料和技术是足够的，但并不理想。这个结论公正吗？
Klein：我想说，目前材料还可以，但我们在未来几年里面临很多技术变化。没有人能真正评估下一步会发生什么，因为技术的变化如此之快。电动交通有改变，服务器有改变，自动驾驶汽车也会有改变。我的判断是，在不久的将来，现有的材料就会出现问题。对于电力电子产品来说，比服务器要困难一些，因为在汽车环境中，不经常使用高达1000V的高温材料。这是汽车市场的特殊之处。现有材料能满足要求，最近也有新的开发成果，但在鉴定中。
Johnson：电子传感器在信息娱乐方面的材料选择上面临的挑战大，还是在车辆的电池管理动力传动系统方面更具挑战性？
Klein：我个人的感觉是，在电脑方面，这个行业里还有很多问题。对于THB要求、CAF和温度循环以及温度存储，现在我们可以选择符合汽车要求的材料。我认为更严重的边界条件是文章前面提及的功率器件。而汽车行业的新特点是尽量减少电力电子产品的箱体体积。一家大型PCB制造商表示：“能提供这种稳健的高压材料的企业将赢得竞争。”原因不仅是箱体体积更小，而且电感损耗也更低，这样可以更好地利用电池的能源，开关损耗更少。
Johnson：与材料供应商协调开发适当的材料，Bosch起了多大作用？
Klein：我们不仅与PCB制造商合作，也与基础材料供应商合作，共同鉴定，为新材料的研发提供重要投入。
Johnson：Christian，你对基础设施方面有很多接触吗？我们已经讨论过车辆内的电子产品，我知道这是Bosch的主要焦点，但是给汽车供电是生态系统的关键部分。对此，你有什么见解？
Klein：我个人对此没有直接的见解。与汽车行业相比，电气基础设施本身是一个涉及其他技术的业务。当然，我和这个行业如火车供应商交换了一些意见。然而，他们使用的是完全不同的制造理念。组装通常不是完全自动化的，而且箱体的体积也大得多。
Johnson：我从新闻中看到，美国以及全球主要汽车制造商做出“2035年之前生产的汽车将全部为电动汽车”等承诺，在你看来，可以实现吗？
Klein：在Bosch，我们坚信电动交通的潜力。我们已经在电气动力传动系统上投资了50亿欧元，今年将再投资7亿欧元。目前，我们的动力传动系统电气化业务增长速度是市场的两倍。同时，我们正在快速跟踪电气化，进一步完善常规动力传动系统。目标是确保未来的交通能够减少对环境的影响，同时使普通民众能够负担得起。
Matties：最大的问题是充电周期吧？你可以在三四分钟内把车停进充电站，连接好充电线，但是要给电动自行车充满电，需要7个小时。
Klein：是的。我同意充电时间是必不可少的，关于这个问题已经取得了很大的进展。关键的一点是必须为这些充电站提供基础设施。目前在德国，混合动力汽车非常受欢迎，因为它们将城市的电气动力和传统的燃料动力结合了起来，也许在高速公路上可使用合成燃料。Bosch将物联网规则应用于这一挑战，解决方案如“云电池”，以帮助提高性能和延长使用寿命。
Matties：你刚才提到合成燃料，你认为这种方案现实吗？
Klein：实现气候目标需要的不仅仅是电能驱动。Bosch致力于使用可再生和合成燃料，以便现有车辆也能为减少二氧化碳作出重大贡献。秘密在于合成燃料或碳中性燃料，其制造过程可捕获CO₂。因此，温室气体成为一种原材料，可在可再生发电技术条件下用于生产汽油、柴油或天然气。
Matties：Bosch是不是也在制造自主品牌的电池？
Klein：对Bosch来说，对电池技术的了解很重要。然而，在内部制造电池并不是我们在电动驱动领域取得成功的决定性因素。Bosch靠其系统专业知识，开发和制造电动动力系统的关键部件，如电机、电力电子产品和电池系统。
Johnson：Christian，作为一名汽车和交通运输领域的工程师，你有什么技术上的担忧吗？
Klein：从质量的角度来看，最大的挑战是热带环境下的车内高电压和湿度。必须避免故障。必须把电子产品当作一个系统来对待，因为PCB制造并不能自己解决问题。作为一个例子，我们必须非常小心地结合细间距元件，如QFP04与相邻引脚上的高电压。其他材料之间的电化学相互作用也是一个相关因素。我们需要这些材料作为冷却电子产品的热界面。我们在高湿度下看到了新的高压效应。也许你了解标准的85℃/85相对湿度测试，实际上与现场无关，但在市场上用作指标测试。如果我们把这个测试和1000V电压结合起来，就会产生新的影响，我们必须避免，这将是电动交通面临的最大挑战之一。
更多内容可点击这里查看，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。
