De eisen voor printplaten in elektronische systemen voor de auto-industrie (3) ADAS & Autonoom Rijden

Inleiding

Geavanceerde Bestuurdersassistentie Systemen (ADAS) en autonome rijtechnologieën hervormen de auto-industrie en stellen voertuigen in staat om hun omgeving met toenemende autonomie waar te nemen, te analyseren en erop te reageren. Belangrijke modules zoals millimetergolfradar (24 GHz/77 GHz), LiDAR, ultrasone sensoren en camerasystemen vormen het sensornetwerk dat functies aandrijft zoals adaptieve cruise control, rijstrookverlating waarschuwing, automatische noodremming en automatisch parkeren. Deze systemen zijn afhankelijk van high-frequency, high-speed datatransmissie, waardoor PCB-ontwerp een cruciale factor is bij het waarborgen van nauwkeurigheid, betrouwbaarheid en real-time prestaties. Dit artikel onderzoekt de gespecialiseerde PCB-vereisten, productie-uitdagingen en opkomende trends in ADAS- en autonome rijtoepassingen.

Systeemoverzicht

ADAS- en autonome rijssystemen integreren meerdere sensortechnologieën om een uitgebreid kader voor omgevingsbewustzijn te creëren:

• Radar (24 GHz/77 GHz): Werkt op 24 GHz voor detectie op korte afstand (bijv. parkeerhulp) en 77 GHz voor toepassingen op lange afstand (bijv. cruise control op de snelweg), detecteert objectafstand, snelheid en richting.

• LiDAR: Gebruikt laserpulsen (905–1550 nm golflengte) om 3D-puntwolken van de omgeving te genereren, waardoor een nauwkeurige mapping van obstakels en terrein mogelijk wordt.

• Ultrasone sensoren: Bieden objectdetectie op korte afstand (meestal <5m) voor scenario's met lage snelheid zoals parkeren, waarbij geluidsgolven worden gebruikt om afstanden te meten.

• Camera's: Leggen visuele gegevens vast voor rijstrookmarkeringherkenning, verkeersborddetectie en voetgangersidentificatie, waarvoor beeldvorming met hoge resolutie en snelle gegevensverwerking vereist is.

PCB-ontwerpvereisten

ADAS- en autonome rij-PCB's moeten voldoen aan unieke technische eisen om de werking van sensoren met hoge prestaties te ondersteunen:

1. High-Frequency Signaalintegriteit

High-frequency sensoren (bijv. 77 GHz radar) vereisen PCB's die zijn geoptimaliseerd voor minimaal signaalverlies en nauwkeurige transmissie:

• Materialen met lage verliezen: Laminaten zoals Rogers RO4000, Megtron 6 en Tachyon hebben de voorkeur vanwege hun lage diëlektrische constante (Dk) en dissipatiefactor (Df), waardoor signaalverzwakking bij hoge frequenties wordt geminimaliseerd.

• Strakke impedantiecontrole: Het handhaven van de impedantie binnen ±5% tolerantie is cruciaal voor high-speed datapad, waardoor signaalintegriteit over radarzenders en LiDAR-besturingscircuits wordt gewaarborgd.

• Gecontroleerde routing: Korte, directe spoorpaden met consistente geometrie verminderen reflecties en overspraak, essentieel voor 77 GHz radar en multi-gigabit camera-interfaces.

2. Miniaturisatie

Ruimtebeperkingen in montageplaatsen in voertuigen (bijv. bumpers, spiegels, dak) stimuleren de behoefte aan compacte PCB-ontwerpen:

• 6–10 laags stack-ups: Meerlaagse structuren maximaliseren de componentdichtheid en scheiden tegelijkertijd stroom-, massa- en signaallagen om interferentie te verminderen.

• Componenten met fijne pitch: Integratie van IC's en passieve componenten met een kleine footprint (bijv. 0402 of kleinere pakketten) maakt meer functionaliteit mogelijk in beperkte ruimte.

3. Milieubestendigheid

Sensoren die extern of in ruwe voertuigomgevingen zijn gemonteerd, vereisen robuuste PCB-bescherming:

• Waterdicht en stofdicht ontwerp: Conforme coatings en afgesloten behuizingen voorkomen het binnendringen van vocht en vuil, cruciaal voor radar onder de bumper en externe camera's.

• UV-bestendigheid: PCB's voor op het dak gemonteerde LiDAR of voorruitcamera's moeten bestand zijn tegen langdurige blootstelling aan zonlicht zonder materiaaldegradatie.

Tabel 1: ADAS Sensor Frequentie & PCB Materiaalvereisten

Productie-uitdagingen

Het produceren van PCB's voor ADAS-systemen omvat precisietechniek om te voldoen aan de eisen van high-frequency en betrouwbaarheid:

• Microwave PCB-etsen: Radarantennes vereisen ultra-precieze lijnbreedtecontrole (±0,02 mm) om stralingspatronen en frequentierespons te behouden, wat een uitdaging vormt voor traditionele etsprocessen.

• Lamineren van gemengde materialen: Hybride PCB's die FR-4 combineren met PTFE- of keramische substraten (voor LiDAR en radar) vereisen een strakke controle over lamineerdruk en -temperatuur om delaminatie te voorkomen en uniforme diëlektrische eigenschappen te garanderen.

• High-speed data routing: Interfaces zoals USB, Ethernet en MIPI D-PHY vereisen strikte impedantie-matching en differentiële paarrouting, met minimale skew om multi-gigabit datasnelheden van camera's en sensoren te ondersteunen.

Tabel 2: PCB-toleranties voor high-frequency ADAS-kaarten

Toekomstige trends

Naarmate autonoom rijden vordert naar hogere niveaus (L3+), zal het PCB-ontwerp evolueren om complexere sensorfusie en computerbehoeften te ondersteunen:

• Integratie met AI-processors: High-performance GPU's en neurale verwerkingseenheden (NPU's) worden rechtstreeks op sensor-PCB's geïntegreerd, waardoor real-time data-analyse mogelijk wordt en de latentie bij objectherkenning wordt verminderd.

• Sensorfusiemodules: Het combineren van radar-, LiDAR- en camera-interfaces op een enkele PCB stroomlijnt de gegevensaggregatie, waarvoor geavanceerde signaalisolatie- en synchronisatietechnieken vereist zijn.

• High-speed interfaces: De adoptie van PCIe Gen4/5 en 10G Ethernet maakt snellere gegevensoverdracht tussen sensoren en centrale rekeneenheden mogelijk, wat materialen met lage verliezen en geoptimaliseerde differentiële paarrouting vereist.

Tabel 3: ADAS Module PCB Laag

Conclusie

ADAS- en autonome rijssystemen stellen ongekende eisen aan PCB-ontwerp, waarbij high-frequency prestaties, miniaturisatie en milieubestendigheid vereist zijn. Met sensoren die op steeds hogere frequenties en datasnelheden werken, zijn PCB-materialen, productieprecisie en lay-outoptimalisatie cruciaal geworden voor de veiligheid en autonomie van voertuigen. Naarmate de industrie vordert naar volledige autonomie, zullen PCB's blijven evolueren, waarbij AI-verwerking, multi-sensorfusie en ultra-high-speed interfaces worden geïntegreerd om de volgende generatie intelligente rijtechnologieën mogelijk te maken.