汽车电子行业现状和发展趋势及对电路板的要求(2)

汽车电子的行业现状和发展趋势

及对电路板的要求（2）

王伟泰

上海市交通电子行业协会副秘书长

摘 要 文章从多方面介绍了汽车电子行业的现状与发展趋势，以及对印制电路板的要求。关键词 汽车电子；印制电路板

中图分类号：TN41 文献标识码：A 文章编号：1009-0096（2011）3-0015-05

Status and development trend of automotive electronics

and its requirements on PCB (2)

WANG Wei-tai

Abstract This paper introduces the automotive electronics status and development trend as well as requirements to PCB.

Key words Automotive Electronics; PCB

（接上期）辆远程诊断、事故紧急求助、被盗通知、互联网资源（娱乐、新闻、E-Mail、电子收费）等，享受信息化的汽车生活，为用户创造出新的价值，开拓了未来汽车社会的发展方向。

在车中装备新一代高性能的智能远程信息服务功能的专业产品，已成为国内外汽车电子大厂竞争的目标。由此，不仅将带动车载电子产品前装配套应用市场的快速发展，更有意义是开辟新型汽车服务所需求的信息链：网络内容提供商—网络接入商—服务中心—电信提供商—车载终端—查询等，形成汽车电子产业和信息服务业融合新领域。

因而，可以把该项车载通信信息服务系统作为汽车前装电子系统重点突破项目，建立Telematics开放式应用服务平台架构并开拓新兴汽车信息服务业的一个领域。

4.2 力推车载信息服务系统(平台)，开拓现代汽车信息服务业

（1）集中开发下一代的汽车信息系统，成为亮点。由汽车导航系统和车载其它信息终端的演变、功能延伸而来，一种称为车载通信信息服务系统——Telematics在北美和欧洲国家新车型上的安装率已超过 25%。广汽丰田新凯美瑞240V中导入“G-Book”和通用Onstar在中国已推出Telematics服务。它是利用移动和短距离无线网络的数据/语音通信、卫星定位系统、地理信息系统技术结合在一起，从而实现车辆与服务中心的信息交互，提供方便、周到而丰富的附加服务。服务项目涵盖：随时为驾乘者提供位置信息、交通信息、动态路况、车

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当前国内应用Telematics处于起步，相关企业有机遇可以在这个领域的产业化配套（如新型无线通信终端及系统、应用软件）或信息服务链（如商业运营模式）中加盟。

根据相关规划，我国的“北斗”卫星导航系统到2012年将形成区域无源服务能力，到2020年形成全球无源服务能力。作为北斗系统推广应用大户之一车载Telematics，必将因此受到重视。Telematics系统及产品规模化，都会给PCB业务带来机遇，形成新的价值。

（2）要在以汽车智能化为突破口，建立“人—车—路”一体的智能交通系统。

包括应用上述Telematics中所含有的智能领航功能，在汽车与地面交通结合、“物联网”技术应用等加强前期研发、应用试验、技术储备、产业规划，汽车电子的创新步伐在新的国内外前沿应用领域上有所作为。

业化目标，在嵌入式软件基础技术平台上，形成规模化的软件咨询、中间件、算法模块的供应体系，支撑整车和零部件的系统集成开发；实现自主先进软件平台的应用突破；基础软件产品、服务分别占据相应的市场份额；在动力总成、底盘电子、车身电子等关键零部件中嵌入式软件量产应用；常规总线收发器芯片实现量产，达到相应的装机率；主流零部件企业能够胜任中等复杂程度产品的软件集成开发。

4.4 实现车身电子关键技术的全面提升和配套

尽管在车身电子系统方面实现了较多的自主技术产品，但从上海车展、北京车展中可以看出伟世通等公司推出的车内组合设计方案，采用支持不同程度功能升级的可扩展平台，省却了连接几个独立控制单元的网络和线束，推出一款款整合式的车身电子单元，引发业界思量。

也可把车身电子列为率先实现替代进口产品的突破口，通过智能信息集成技术在以下产品等率先实现车身电子关键技术的全面提升和配套：

（1）面向远程控制的中高端BCM（车身控制模块）。

传统的车身控制模块等系统仅针对可视范围内的人机输入实现功能，如果直接将远程指令作为输入，必然存在功能不合理甚至是安全隐患，在远程信息平台日渐普及趋势下，全面考虑远程控制的车身电子系统，必将成为的潮流。传感器融合技术将更多的图像、气味、声音传感器输入融入系统，将有效提高控制功能的使用价值。定制芯片不仅能够根据资源需求实现成本的精益化，也有利于提高软件系统的安全性，降低系统失效概率。

（2）自适应前照灯系统（AFS）。

它是当前的热点应用，能自动改变两种以上的光型以适应车辆行驶条件的变化，先进的“弯曲”应用则可以根据车辆载重、加减速、路面、方向盘角度（弯道）、光照等信息，经步进马达控制，动态地更改灯光瞄准或光束模式，对保障驾驶安全所起到的作用是显而易见的。

未来AFS有可能结合雷达系统、夜视系统等先进电子配备，为车辆提供更精确的照明设配。

通过实现AFS控制模块的自主配套能力，并在主流品牌汽车上配置形成产业规模。在全球能源紧张、环保、减排的大趋势下，采用基于LED技术的车

4.3 突破总线技术应用能力，用嵌入式软件成为汽车电子竞争的优势

由于汽车总线技术的先进性，世界主流车企已建立了制造汽车的车身网络控制、底盘网络控制和动力网络控制的技术平台。全面采用网络控制技术已成为大车企的追求，通过总线实现车内信息交互，成为提高汽车性能和减少线束数量的最有效途径。总线实施又涉及到强实时、高可靠、可复用的基础软件，可以拉动基础软件开发，更能拉动汽车电子行业的嵌入式能力增长。

近年来，国内一些自主品牌整车制造商和零部件供应商积极进行汽车总线技术及相关零部件的应用开发，如一汽、上汽、奇瑞、吉利、华晨等，并应用于自主品牌车型产品。上汽荣威550的自主网络取得阶段性成果，联创汽车电子完成了长丰猎豹、东风柳汽部分车型的网络总线开发等。

但仍要继续加大对整车电气架构研发的投入，引入国际先进的咨询和工具完善系统，培育本土的系统咨询和工具供应体系；鼓励整车和零部件产品参与软件产品中试，加速成熟度的提高进程；提高总线技术在自主整车和零部件中的应用价值、降低推广门槛。同时，跟踪研究FlexRay、以太网等先进总线技术，以实现更高目标的技术研发和应用能力。

可以确立以嵌入式软件技术为主体的汽车总线产

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内照明及头灯系统亦宜加速。

（3）数字化汽车仪表组合系统。

数字化汽车仪表组合系统将实现功能集约化的技术创新，配合完成全国汽车产业的升级换代。推动汽车仪表组合系统(数字仪表板)的技术升级和产业化进程，包括多表头（车速度，发动机转速， 冷却液温度及燃油液位）、LCD（TFT）显示系统（显示时钟，里程小计、累计， 瞬时油耗、累计油耗, 环境温度及行驶距离及汽车行驶状况的一些报警信息）、钥匙防盗功能、总线（最多两路CAN，网关）、仪表的外观照明表牌多样性设计等。

半导体厂商推介的应用于汽车数字仪表板和下一代导航的SoC方案，即使用新型图形控制器片上系统（SoC）器件，不仅为嵌入式系统提供高级别的图形处理能力，而且能够处理4个输入视频流的同时把视频输出到4个显示器。芯片可对输入的视频进行调整合成，在单一屏幕上显示3D图形的各面。

一些豪华型汽车开始采用全图形化显示系统，有的还配备了夜视镜头和导航显示屏，在一个大尺寸LCD屏上实现优化显示。可以利用新一代片上系统（SoC）的图形仪表板开发平台，开发实现车用全图形化显示系统。

显然，在电动汽车，特别是纯电动汽车（BEV）和插电式混合动力汽车（PHEV）方面：重点突破电机驱动控制系统是新能源车实现动力优化的关键；重点突破关键元器件和电池组合核心技术，重点解决地面充电和车载充电可行性和策略方向，重点培育形成电动汽车电池与电池管理系统产业链配套体系，有利于促进新能源车产业良性发展。

5 PCB在汽车电子的高端应用

5.1 汽车电子严酷的环境条件及使用电子元

器件情况

（1）汽车电子使用环境与家电、仪器、飞机等的比较。汽车电子与家电、测量仪器、飞机使用环境的比较，参见表2所示。

（2）汽车电子用电子元器件的技术要求汽车电子对芯片（含专有芯片）有很高的要求：温度范围、高可靠性、高处理能力、MCU要有丰富的外围接口和高集成度。高性能的车用电源管理芯片，可有效降低汽车电瓶的负载，提供超强的失效保护性能：包括过压与欠压、过流与短路保护、过高温与过低温保护等。

国际汽车协会针对车用电子组件产品的操作温度，从Grade0的-40 ℃ ~ +150 ℃到Grade4的0 ~ +70 ℃，共有五种等级。这一产品验证规格针对车用IC功能及其所在位置的不同，提供了完整的定义，而这些详尽的产品验证规格对车用电子产品测试有一定的帮助。

在运行温度方面，从驾驶舱内-40 ℃ ~ +850 ℃，与发动机相关的电子元器件则须承受高达-40 ℃ ~ +1 500 ℃甚至2 000 ℃以上的温度变化，同时还须承受复杂环境的考验，包括防冲击、防振动、防湿、防水及防腐蚀等，参见表3所示。

由于汽车的生命周期长达20年~30年。因此，车用电子元器件的使用寿命须保证在30年以上。此

4.5 形成新能源车关键电子零部件的配套能力

国内已布局发展混合动力汽车、纯电动车、氢燃料电池车（国家专项中有称这三种新能源车项目为“三纵”，称多能源动力总成控制系统、电机驱动和控制系统、车用动力电池组及管理系统为“ 三横”）。这三种最有代表性的新能源车中的关键零部件配套技术，目前国内与国外其发展比较情况为：

差距大：发动机电控、ABS/TCS/ESP及EPS；差距不大：自动变速器、组合仪表；

差距较小：电池管理、DC/DC、电机驱动系统、电动空调。

表2 汽车电子与家电、测量仪器、飞机使用环境的比较

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表3 车用电子元器件的技术要求

车盖下 -400C~+1250C发动机 -400C~+1500C排气管 -400C~+6000C其中，车用传感器：在汽车智能化、安全化、环保节能化和舒适化趋势下，车用传感器的应用种类和数量趋增大。表5列出车用传感器在目前与未来的应用范围及其功能。

全球车用传感器市场规模在2005年为105亿美元，预测到2010年可达142亿美元，2005年~2010年的年均增长率为6.2%。

车用其它电子元器件：包括无源元件、连接器、传输线等主要用于发动机控制、马达、发电机组、刹车、仪表板、导航系统、安全气囊、电池供电电源系统等。

外，还要求车用电子元器件的失效率在运行15年中为零故障。

（3）汽车电子使用半导体及其它元器件MCU和电源IC是汽车半导体中占比例最大的两类产品，MCU占到成本比例的1/4，电源IC在其中的比例接近20%位居第二，而在新一代的电动汽车中，比例更高。

新一代混合动汽车和电动汽车的半导体应用需求，包括多路电池管理芯片（通常需要上百路的电池单体检测管理）、多路电池电压均衡控制、高电压监控、大电池检测、大型功率半导体器件以及众多高性能的MCU与DSP，因为需要来对复杂的电池进行计量管理。

汽车电子占汽车总成本已由七十年代初的2%，成长至目前的20%以上。表4列出了使用最多的集成电路、传感器和半导体分立器件这三类电子元器件。

5.2 汽车电子/PCB面临的机遇和挑战

（1）新技术及发展方向：

总线与网络控制技术 、清洁能源汽车动力系统技术 、车载42 V供电系统技术、车载远程信息服务系统（Telematics）、线传操控（X- by- Wire）技术。

（2）全球电动汽车发展，给汽车电子零部件创造了新的市场空间：

①传统汽车的成本构成中电子元器件比例约为15%；而电动汽车的电子元器件成本比重则近47%。

②电动汽车零部件中使用关键元器件：电子控制为6%、传感器为6%、功率晶体管/IGBT为65%、智能功率器件为16%、MCU为7%。

预计，2010年在新能源车用于发动机控制、无

表4 汽车电子使用半导体、传感器的种类

集成电路（IC） 车用传感器 半导体分立器件

微控制器（MCU）、模拟IC、电源管理IC、存储器（DRAM、SRAM等）、数字信号处理温度传感器、温度传感器、风量传感器、压力传感器、日照传感器、速度传感器、加速度功率晶体管、发光二极管（LED）、晶闸管、绝缘栅双极晶体管（IGBT）、晶体管、二极管等

表5 车用传感器的目前与未来应用功能表

操作控制 车辆周边控制 定速控制，转向控制、ABS扭矩感测等

电动车窗、电动车们、达到照后镜等监测 电子式动力排挡，车体四周3D即时影象

车道偏移监控，车体周边影象感测-18-

级变速、电动转向、制动、发电机、电动压缩机、逆变器、电池组管理等所应用的电子元器件，日、美市场规模将达到14.2亿美元，2012年将达到30亿美元。

（3）汽车电子产品离不开使用各种PCB板。当今，常规汽车中配有PCB板约计20块，高档汽车中配有PCB板约计40块。

汽车运行的条件（大范围温度变化、高温、路面颠簸机械振动、冲击、湿度、空间限制、复杂电子干扰）、高能量（强电、高电压、高热）、密集元器件（小型、精细线、细孔、大量元件，复杂的线路连接）、高速（微波、超高频…传输信号/网络/数据通信/数字广播/…信号损失严重）、遵循环保（绿色）。

传动系统、底盘系统、车身模块等用PCB。

（3）高密度互连及特种PCB板（背板、高频板、金属基板和厚铜箔板、光电印制板）。

5.3.3 厚铜

强电/厚铜板的技术：

（1）外部导线。单/双面厚铜覆铜板、镀铜和蚀铜、导电面（覆合、粘合）外部导线/铜厚及蚀刻技术、绿油墨覆蓋和工序。

（2）内部导线。厚铜覆铜板、印制与蚀刻、厚铜插件（已覆合）、机械制造（布线、冲压、水喷、激光）。

5.3.4 汇流条技术

（1）混合动力车电流量。直流大电流及冲击、厚铜的汇流条。

（2）电动车电流量。直流大电流及冲击、外部汇流条的开发。

5.3 迎合汽车电子的PCB新发展5.3.1 高能量/强电

在电动汽车上，高电压系统主要由动力电池、电源变换器、电动机控制器和电动机等电气设备组成。动力电池的工作电压一般在直流300 V以上，采用较高的电压规范，减小了电气设备的工作电流、降低了电气设备和整车的重量。但是，较高的工作电压对绝缘性能等有更高的要求。

（1）高能量。在混合动力汽车、电动汽车中：柴油发动机驱动电路和电机驱动模块都使用功率IGBT（由绝缘栅场效应管与双极晶体管组合而成）模块，它是采用绝缘金属基底（IMS）的。这些模块会产生很大的热量，通常约1 000 W到2 000 W。

（2）新型板材。在新能源汽车中，中小功率变频调速装置、高功率变频调速装置、逆变装置、感应加热装置、无功补偿、有源滤波、通信（网络）电源都要有陶瓷覆铜板、铝碳化硅基板材料。

（3）逆变器。在混合动力汽车、电动汽车中，先进高效的逆变器架构中有高密度电机控制PCB板、功率转换PCB板、变频调速装置、强电控制器、接续盒、基于LED汽车照明系统

5.3.5 高速覆铜板（新高速材料）

（1）减小信号损失：电容率≤、损耗角正切≤（2）覆铜板：ISOlaFR408

5.3.6 车用半挠 PCB

（1）柔性板的绝缘基材。用可挠曲的绝缘薄膜，要求综合考察薄膜材料的耐热性、覆形性、厚度、机械和电气性能。

（2）柔性板铜箔。压延铜箔的延展性、抗弯曲性优于电解铜箔。电解铜箔在弯曲半径小于5 mm或动态挠曲时，易发生断裂；为此，柔性电路材料多选用压延铜箔，适应多次绕曲。

5.3.7 环保材料

（1）实施绿色设计、绿色制造。符合RoHS指令等标准（六种有害物質限制，含量＜0.1%、镉含量＜0.01%）

（2）无铅制造过程。符合最高设定温度260 ℃的无铅（含量＜0.1%）回流焊工艺。无铅的热气水平（Sn锡、Cu铜、Ni镍）、无电镀镍/沉金、沉锡、沉银。

（3）无卤素要求。IEC 61249-2-21：Br＜0.09%，Cl＜0.09%，（Br+Cl）＜0.015%，覆铜板规格、止5.3.2 高密度互连（HDI）

（1）独特优势。板的尺寸缩小、层数减少、内层多布线空位、减少锡桥短路风险、先进的热微孔。

（2）激光钻微孔应用。从用于车载电子PCB（音视频、GPS产品）转入到附加值更高的汽车动力

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