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汽車線路板式電器盒的設(shè)計(jì)技術(shù)研究
賀延周 2025/1/15 20:38:33
（泰山科技學(xué)院，山東泰安 271000）
摘要：隨著汽車電氣系統(tǒng)的發(fā)展，對電器盒的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，尤其是在可靠性、效率和小型化方面。本文詳細(xì)探討了汽車電器盒中線路板的設(shè)計(jì)技術(shù)，分析了傳統(tǒng)線路板的缺陷，并介紹了新型多層線路板結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)依托優(yōu)化電流傳輸路徑、減少回路電阻、提升散熱性能，顯著提高了電器盒的安全性和效率。最后，文章還介紹了繼電器插座的改進(jìn)、音叉端子和智能化電源分配單元的應(yīng)用，展示了未來汽車電器盒的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞：汽車；印刷線路板；電器盒
近年來，隨著汽車電子技術(shù)的飛速發(fā)展和汽車電氣系統(tǒng)復(fù)雜性的不斷提升，汽車電器盒的設(shè)計(jì)和功能需求變得越來越多樣化。傳統(tǒng)電器盒設(shè)計(jì)存在體積大、發(fā)熱量高、線路復(fù)雜等問題，無法滿足現(xiàn)代汽車對高效、穩(wěn)定和小型化電氣系統(tǒng)的需求。根據(jù)中國汽車工程學(xué)會發(fā)布的最新數(shù)據(jù)，汽車電氣系統(tǒng)故障占車輛整體故障率的比例持續(xù)上升，尤其是線路板過熱引發(fā)的短路和元件老化問題，已成為影響車輛性能和安全的主要因素之一[1]。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，汽車制造商和電氣設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)加大了對線路板設(shè)計(jì)技術(shù)的研究投入，致力于開發(fā)更具創(chuàng)新性和可靠性的電器盒解決方案。新型多層線路板、智能化電源管理單元以及微型化熔斷絲等技術(shù)的應(yīng)用，為汽車電氣系統(tǒng)的輕量化、集成化和智能化提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，不僅提升了電器盒的工作效率和安全性能，還顯著降低了制造和維護(hù)成本。
1線路板設(shè)計(jì)新技術(shù)
電路板是電器盒中的核心組成部分，它不僅承擔(dān)著支撐和連接電器盒內(nèi)部各個(gè)元件的責(zé)任，而且對整個(gè)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行起著決定性作用。初期的電路板設(shè)計(jì)通常采用單層雙面或雙層四面的結(jié)構(gòu)，利用支撐柱將不同層的電路緊密固定。然而，這種設(shè)計(jì)易于導(dǎo)致電路層之間的接觸，進(jìn)而引起性能不穩(wěn)定，此外還會帶來體積龐大、成本增加及效率低下等問題。在電路板的回路設(shè)計(jì)中，電流通過電源輸入端進(jìn)入，并在上層電路板中通過一段短插頭傳至熔斷絲，再通過另一短插頭繼續(xù)流向下層電路板，最終從標(biāo)準(zhǔn)插頭輸出[2]。這種設(shè)計(jì)使得電流在電器盒內(nèi)的傳輸路徑較長，導(dǎo)致回路電阻大、電壓下降顯著，從而產(chǎn)生較高的發(fā)熱量和溫度升高，極大地增加了電器盒和車輛損壞的風(fēng)險(xiǎn)。
為解決傳統(tǒng)線路板設(shè)計(jì)的問題，某團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種創(chuàng)新的汽車電器盒線路板結(jié)構(gòu)（參見圖1）。
圖1 汽車電器盒線路板創(chuàng)新結(jié)構(gòu)
這一設(shè)計(jì)包括分布在不同層面的線路板：上層線路板2和下層線路板6。上層線路板裝有電源輸入端1和熔斷絲4，而下層線路板則設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)插頭7。這里的關(guān)鍵創(chuàng)新在于，熔斷絲4與一對不同長度的插頭—短插頭3和長插頭5—配合使用。短插頭3直接與電源輸入端1相連，通過長插頭5，上層線路板2與下層線路板6建立電氣連接。長插頭5穿過上層線路板2的過孔8并焊接在下層線路板6上。這種設(shè)計(jì)有效縮短了電流的傳輸路徑，顯著降低了回路電阻，從而減少了電器盒和車輛因電路過熱而損壞的風(fēng)險(xiǎn)[3]。此外，該結(jié)構(gòu)去除了連接上下層線路板所需的焊接支撐柱，簡化了焊裝工藝。整體上看，這一新型線路板結(jié)構(gòu)極大地提高了電器盒的性能和可靠性。
如下圖2所示，最新開發(fā)的單塊多層線路板每塊至少包括三層電路。
圖2 單塊多層線路板爆炸圖
為了保證電路的隔離與功能性，每兩層之間配備了絕緣層。最外層的電路面覆蓋了阻焊膜，增強(qiáng)了板的保護(hù)和耐用性。為了實(shí)現(xiàn)多層間的電路連接，根據(jù)需要可以采用通孔、埋孔或盲孔等多種結(jié)構(gòu)。在多層板粘合前，通孔需要先行鉆孔以對準(zhǔn)各層的銅線，之后通過電鍍過程，使孔內(nèi)鍍上銅，形成導(dǎo)電通道，有效串聯(lián)各層電路。與此同時(shí)，盲孔技術(shù)使得內(nèi)部幾層電路可以與表面電路相連，而不需穿透整個(gè)板體；埋孔則僅用于內(nèi)部多層間的連接。此種線路板上還焊接有各類接口元件如插頭、插座和導(dǎo)電片，以及其他電子元器件[4]。這種單塊多層線路板設(shè)計(jì)的電器盒不僅清晰分隔了各層電路，避免了不必要的電路接觸，還減少了焊接支撐柱和塑料支撐柱的使用。此外，簡化的焊裝流程、更短的回路路徑和較小的電壓降，都使得這種設(shè)計(jì)滿足了市場對汽車配件輕量化的需求。
在重新設(shè)計(jì)的車輛電器盒中，我們采納了多層線路板技術(shù)，在電源輸入端特別集成了匯流條結(jié)構(gòu)。這種設(shè)計(jì)允許慢熔熔斷絲與匯流條在共端取電，有效分散大功率負(fù)載，遵循熱量分散原則，從而防止熱量集中。經(jīng)過反復(fù)測試，該線路板的溫升保持在92至125.1°C之間，最高溫升點(diǎn)為45.1°C，明顯低于設(shè)定（未完，下一頁）
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