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產業技術評析

2017年 NEPCON Japan:領導廠商在車用電子印刷電路板技術研發方向
發表日期:2017-02-22
作者:石育賢(工研院IEK)
摘要:
隨著自動駕駛、聯網車輛、車輛安全議題發展,未來車輛將會安裝更多的電子控制單元,也將帶動印刷電路板的產品發展。台灣印刷電路板產業居全球領先的地位,多以消費性電子產品為主,能進入車輛電子領域的業者不多。藉由本次觀察日本國際大廠在技術研發方向,瞭解車用印刷電路板(PCB)的關鍵課題,以作為後續發展參考依據。

全文:
一、展會簡介

2017年日本舉辦第46屆電子研發與製造技術展(NEPCON Japan),舉辦單位讓各家業者根據不同應用產業放在同一個展館,達到產品從生產零組件到終端產品的串連效果,綜觀本展覽期間以車用電子參觀人潮相較於其他展會人潮更為踴躍,顯示車用電子為全球廠商投入的焦點。

台灣印刷電路板產業的生產製造居全球領先的地位,多以消費性電子產品為主,進入車輛電子領域的業者不多。隨著自動駕駛、聯網車輛、車輛安全議題發展,未來車輛將會安裝更多的電子控制單元,也將帶動印刷電路板的產品發展。在日本主要PCB供應商居於領先的業者包括Ibiden、CMK、NOK旗下的旗勝(Nippon Mektron轉投資Mektech)、藤倉(Fujikura)、Shinko、名幸(Meiko)等廠商,但僅有CMK、Mertek二家國際知名業者發展車用PCB產品,本次PCB在車電展出者以CMK為最具代表,也是國際間排名前幾位的車用印刷電路板大廠,以下就其產品與技術做簡要介紹。

圖1 2017 NEPCON 電子研發與製造科技展與車用電子展
資料來源:2017 NEPCON, CMK, IEK ITIS研究團隊整理(2017/1)
圖1 2017 NEPCON 電子研發與製造科技展與車用電子展

二、車用印刷電路板領導廠商:CMK技術研發方向

(一)車用印刷電路板的相關產品範疇

主要應用在駕駛資訊系統、車載資通訊、車載安全與車載系統,如圖2所示。

圖2 CMK 在車用印刷電路板的產品範疇
資料來源:CMK, IEK ITIS研究團隊整理(2017/01)
圖2 CMK 在車用印刷電路板的產品範疇

(二)新進技術研發項目: CARFT (CMK Advanced Rigid-Flex Technology)

1.概念:在1.6mm厚度的PWB高可靠度與高信賴性,相對於現有的硬板PWB達到最小材料與製程改變。

2.用途:可用於汽車的車用影像、引擎控制單元。另,也可用於工具機、醫療設備與機器人等高可賴度、小型化產品。

3.技術指標:冷熱衝擊試驗、高溫高濕偏差試驗,如圖3所示。

圖3 CRFT R&D 投入方向
資料來源:CMK, IEK ITIS研究團隊整理(2017/01)
圖3 CRFT R&D 投入方向

軟硬板產品加工生產方式,如圖4。

圖4 軟硬板配線加工技術
資料來源:CMK, IEK ITIS研究團隊整理(2017/01)
圖4 軟硬板配線加工技術

(三)新進技術研發項目:車用PWB(High frequency correspondence)技術研發

1.技術:發展毫米波雷達的天線需要高頻率的PWB技術,如圖5。

圖5 高週波的車用PWB
資料來源:CMK, IEK ITIS研究團隊整理(2017/01)
圖5 高週波的車用PWB

2.技術指標:低傳送損失化主要是低Dk/Df 基材的採用、複合結構的低成本生產技術,如圖6。

圖6 高週波車用雷達的PWB技術指標
資料來源:CMK, IEK ITIS研究團隊整理(2017/01)
圖6 高週波車用雷達的PWB技術指標

3.傳送損失的模擬:透過模擬分析傳送時的損耗,如圖7。

圖7 高週波PWB模擬傳送時損失
資料來源:CMK, IEK ITIS研究團隊整理(2017/01)
圖7 高週波PWB模擬傳送時損失

(四)新進技術研發項目:SEPT (Stress Easing PWB Technology Series)技術研發

1.技術開發目的:在經過冷熱衝擊試驗後,達到可控制焊接裂紋、改善安裝部件在嚴苛環境下的接合

2.特點:改善焊接接合的可靠度、多層貫通TH 構造、無鉛焊接

3.應用:代替陶瓷PWB,採用有機材料降低成本與重量

4.構造:從一般FR-4硬板到Stress Easing PWB Technology

圖8 採用SEPT 技術對印刷電路板的效益
資料來源:CMK, IEK ITIS研究團隊整理(2017/01)
圖8 採用SEPT 技術對印刷電路板的效益

5.性能比較:以焊接裂紋阻抗與成本投入作為衡量指標

以同樣的焊接裂紋抗阻下,SEPT技術之有機材質PWB比陶瓷材料的PWB成本低,如圖9。

圖9 以焊接裂紋阻抗與成本投入作為衡量指標
資料來源:CMK, IEK ITIS研究團隊整理(2017/01)
圖9 以焊接裂紋阻抗與成本投入作為衡量指標

(五)新進技術研發項目: 車用PWB的精細通孔規格(Fine Through-Ole Specification)

1.精細通孔規格:精細用鑽孔採用0.8mm 間距的BGA,如圖10。

圖10 精細用鑽孔採用0.8mm 間距的BGA
資料來源:CMK, IEK ITIS研究團隊整理(2017/01)
圖10 精細用鑽孔採用0.8mm 間距的BGA

2.VA/VE Proposal

從HDI到貫穿構造6層基版的鑽孔技術的可行性,如圖11。

圖11 從高密度印刷電路技術轉到貫穿構造的印刷電路版構造技術轉換
資料來源:CMK, IEK ITIS研究團隊整理(2017/01)
圖11 從高密度印刷電路技術轉到貫穿構造的印刷電路版構造技術轉換

3.試驗條件:汽車引擎室內環境非常嚴苛,以此作為測試結果,如圖12。

圖12 使用引擎室內環境溫度作試驗條件
資料來源:CMK, IEK ITIS研究團隊整理(2017/01)
圖12 使用引擎室內環境溫度作試驗條件

(六)新進技術研發項目:銅鑲嵌在PWB內(Cu inlay PWB)

技術項目:運用銅鑲嵌在PWB內的技術,相較於傳統PWB製程方法,兩者相比,前者溫度與後者可再下降攝氏14.57度,如圖13、圖14。

圖13 銅鑲嵌在PWB方式有助於熱的排除
資料來源:CMK, IEK ITIS研究團隊整理(2017/01)
圖13 銅鑲嵌在PWB方式有助於熱的排除

圖14 三種不同測試條件
資料來源:CMK, IEK ITIS研究團隊整理(2017/01)
圖14 三種不同測試條件

特徵:熱輻射可以垂直輻射狀散開、可控制熱輻射的成本和重量、適用於傳統PCB結構控制電路和電源電路能夠在一個PWB上共存。

用途:用於引擎控制單元、車載電池的直流對直流轉換器的功率裝置上的印刷電路板熱的排除。

圖15 銅嵌鑲在PWB的構造與規格
資料來源:CMK, IEK ITIS研究團隊整理(2017/01)
圖15 銅嵌鑲在PWB的構造與規格

三、IEKView

2017年Nepcon Japan的車電展示印刷電路板以CMK最具代表性,且已經切進不同的車電系統具有領先的地位。

隨著自動駕駛帶動各國以提升駕駛安全為出發點,透過新車評價、車輛安全法規的要求促進車輛電子產品持續成長,印刷電路板在車用影像感測模組、車用毫米波雷達天線模組、短距離無線傳輸通訊DSRC晶片等產品,有機會持續增加汽車電子在先進駕駛安全輔助系統與印刷電路板的潛在商機。

(本文作者為工研院IEK執行產業技術前瞻研究與知識服務計畫產業分析師)

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更新日期:2020-04-08

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