凝结:隐藏车辆故障模式

文章作者:Jeremy Garbacik, actnano

车载电子设备在过去20年里呈指数级增长，并将在L5自动驾驶系统中继续保持这一趋势。自动驾驶汽车结合了一系列令人印象深刻的模拟和数字电路，这将不可避免地改变我们的通勤方式。确保司机、乘客和行人的安全仍然是首要任务。为了实现安全的ADAS(高级驾驶员辅助系统)，我们应该考虑环境的所有方面，包括一个经常被忽视的因素:冷凝。

随着功率密度的增加、图形处理器的增长和微气候的碰撞，汽车电子设备上的冷凝问题日益受到关注。当板级温度与冷却外壳和/或液冷系统发生碰撞时，就会发生冷凝。水不尊重保护区域，不受保护的组件，或硬件冗余。当凝聚在印刷电路板组件(PCBA)上时，冷凝就像催化剂一样降低系统性能，并导致短路故障模式。

自动驾驶汽车就像移动的服务器

由于汽车开始像移动服务器一样，没有控制环境条件的好处，冷凝是一个严重的威胁，这些系统的长期可靠性。

使凝结障碍加剧的是许多组分的预期尺寸增加。设计这些复杂系统的工程师通过结合摄像机、远程和近场雷达、激光雷达、近距离传感器等，不断推动系统集成的边界。较大的封装可能导致温度差异增加的小气候区域，增加整个系统的凝结。在注重先进技术和谐结合的同时，也要着眼于先进的电路保护策略和技术。

在确定PCBA保护策略时，工程师必须考虑其对敏感的高速数字信号、模拟信号和热管理性能的影响。相对于保护级别，增加的成本和制造复杂性是每个公司必须权衡的应用程序设计风险。考虑到自动驾驶汽车的目标安全水平，良好设计的冷凝保护策略对系统性能至关重要。

好消息是PCBA涂层已经取得了重大进展。开发人员现在有能力保护连接器和天线，以及大型组件的底部，而不会对热效应、电气性能、射频性能或信号完整性产生负面影响。这种疏水涂层技术的进步允许更薄的涂层(~25µm)提供高散热和更高效的制造工艺。

PCBA上的冷凝要求对所有组件和连接进行100%的3D保护。使用粘弹性涂层是至关重要的，以确保涂层的膨胀和收缩与基材相同的速度。当使用高粘性材料时，其热膨胀性能不同于PCBA组件材料，如陶瓷电容器、电阻、IC塑料、FR4、金属通孔/过孔等....随着时间和温度的变化，热膨胀性能的差异会导致机械应力，从而导致涂层开裂或部件位移。使用粘弹性涂层消除了机械应力问题，允许设计师保护PCBA，而不必担心会导致比他们解决的更多的失效模式。

我们不能用昨天的技术来设计明天的汽车

使用过去的PCBA保护策略来设计未来的自动驾驶汽车更具挑战性。随着我们迅速走向一个将乘客纳入自动驾驶汽车的未来，对电子设备保护的信心直接关系到乘客的安全，这显然是首要要求。这些复杂的自动驾驶系统的长期可靠性对于企业从开发和生产过程中投入的数十亿美元中获得投资回报至关重要。考虑到已分配的资源、已制定的标准以及先进技术的混合，考虑像冷凝这样简单的事情可能迅速引发系统故障是值得注意的。具有冷凝计划的公司将在系统性能和寿命方面具有战略市场优势。

本文最初发表于EE倍．

杰里米Garbacik现任actnano公司副总裁。他在汽车和ADAS市场的应用设计和下一代纳米技术和集成电路的定制开发方面有着广泛的背景。他以应用工程师的身份开始他的职业生涯，之后在现场应用领域担任各种角色。在2018年加入actnano之前，他曾为Arrow Electronics、Linear Technology & Analog Devices等公司工作。杰里米在密歇根州立大学获得了工学学士学位。