Zagadnienia dotyczące projektowania płytek PCB BMS na potrzeby montażu i produkcji

Rozważania dotyczące projektowania płytek PCB BMS W zakresie montażu i produkcji koncentrujemy się na przekształceniu schematu zarządzania baterią w płytkę, którą można wyprodukować, zmontować, skontrolować i przekazać do produkcji. Highleap Electronics to firma zajmująca się produkcją i montażem płytek PCB. Produkujemy i montujemy płytki na podstawie plików zatwierdzonych przez klienta; nie posiadamy pełnego projektu systemu baterii, oprogramowania układowego, strategii bezpieczeństwa ani certyfikacji produktu.

Płytka BMS często łączy w sobie funkcje czujników niskiego poziomu, separacji wysokiego napięcia, obwodów zabezpieczających, komunikacji, monitorowania termicznego, złączy, a czasem także ścieżek wysokoprądowych. Decyzje projektowe podjęte przed rozpoczęciem produkcji mogą znacząco wpłynąć na wydajność montażu, dostępność testową, długoterminową powtarzalność i koszty produkcji. Ta strona zawiera wskazówki dla inżynierów przygotowujących pliki BMS PCB i PCBA do wyceny i produkcji.

W celu uzyskania informacji o usłudze montażu zobacz Usługi montażu PCB BMSW przypadku miedzianych konstrukcji wysokoprądowych i termicznych patrz ciężki montaż PCB z miedzi.

Cele projektowania płytek PCB BMS dla niezawodnego montażu

Układ możliwy do produkcji od pierwszej rewizji

Płytka PCB systemu BMS powinna być zaprojektowana tak, aby proces produkcji, montażu, inspekcji i testowania był praktyczny. Oznacza to wyraźne rozmieszczenie elementów, stabilną orientację złączy, kontrolowany rozkład miedzi, zdefiniowane punkty testowe, widoczne oznaczenia polaryzacji i realistyczny dostęp do lutowania. Wczesny przegląd DFM może zapobiec problemom, takim jak niedostępne pady, niejasne oznaczenia pinu 1, niemożliwe do usunięcia otwory na powłoki lub rozmieszczenie złączy kolidujące z obudową.

Własność projektu i wsparcie produkcji

Właściciel produktu definiuje zachowanie systemu baterii, progi bezpieczeństwa, oprogramowanie sprzętowe, wymagania funkcjonalne i strategię zgodności. Highleap wspiera proces produkcji i montażu od strony produkcyjnej. Najbardziej wydajnym procesem jest dostarczenie Highleap plików projektowych, zestawienia komponentów, zestawienia materiałów (BOM), rysunku montażowego i znanych obszarów ryzyka przed pierwszym montażem. Pozwala to na identyfikację problemów z wykonalnością przed zamówieniem materiałów.

Aktualna ścieżka, linia detekcji i układ uziemienia

Obecna przejrzystość ścieżki

Ścieżki wysokoprądowe powinny być łatwe do zidentyfikowania w plikach PCB i uwagach dotyczących produkcji. Szerokość i masa miedzi, układy przelotek, zaciski, boczniki i obszary rozpraszania ciepła powinny odpowiadać zamierzonemu wzrostowi prądu i temperatury. Wydajność prądowa zależy nie tylko od szerokości ścieżki; istotne są również grubość miedzi, położenie warstw, płaszczyzny miedzi, przepływ powietrza, materiał płytki i środowisko. Klient powinien zweryfikować parametry prądowe i termiczne na poziomie produktu.

Ochrona linii sensorycznej

Linie detekcji napięcia i ścieżki pomiaru prądu powinny unikać niepotrzebnych sprzężeń szumowych, słabej rozdzielczości złącza i niejasnego uziemienia. Z punktu widzenia produkcji, zestawienie materiałów (BOM) powinno jasno określać precyzyjne komponenty i części, których nie należy zastępować. Pola testowe powinny być umieszczone w miejscu, w którym można przeprowadzić inspekcję i debugowanie bez uszkodzenia zespołu. W przypadku stosowania pomiaru Kelvina, układ powinien zachować zamierzone połączenie pomiarowe.

Dyscyplina uziemienia i ścieżki powrotnej

Płytki BMS mogą zawierać uziemienie analogowe, uziemienie zasilania, uziemienie komunikacyjne oraz odniesienia do obudowy lub ekranu. Są to decyzje projektowe, ale dokumentacja produkcyjna powinna uwzględniać elementy związane z uziemieniem. Należy zdefiniować pola montażowe, otwory metalizowane, obszary styku ekranu i punkty połączeń obudowy. Jeśli otwór na śrubę ma pełnić funkcję uziemienia funkcjonalnego, należy określić wykończenie, prześwit, obszar podkładki i wymagania montażowe.

Planowanie przecieku, oczyszczania i izolacji

Zasady odstępów oparte na wymaganiach produktu

Płyty BMS stosowane w systemach akumulatorów wysokiego napięcia wymagają określonego odstępu izolacyjnego i powierzchniowego. Wymagane wartości zależą od napięcia, środowiska, stopnia zanieczyszczenia, grupy materiałów, powłoki, wymagań normatywnych i architektury produktu. Firma Highleap może wykonać gniazda, przepusty i prześwity miedziane zgodnie z rysunkiem, ale wartości te muszą zostać określone przez klienta lub projektanta.

Komponenty izolacyjne i wybór obudowy

Optoizolatory, izolatory cyfrowe, izolowane moduły DC-DC i wzmacniacze izolacyjne muszą spełniać wymagania dotyczące izolacji i odstępów między obudowami. Zmiany w obudowie mogą mieć wpływ na przebicie i powierzchnię styku. Zatwierdzone zamienniki powinny być starannie kontrolowane. Część zamienna o podobnej funkcji elektrycznej, ale innej geometrii obudowy, może nie być akceptowalna dla produktu finalnego.

Szczeliny i otwory umożliwiające dostęp do miejsca montażu

Gniazda i strefy ochronne powinny być kompatybilne z montażem i kontrolą. Unikaj umieszczania małych elementów zbyt blisko wyfrezowanych gniazd, gdzie jakość krawędzi lub odwzorowanie maski lutowniczej może być utrudnione. Punkty testowe i pady programujące należy trzymać poza strefami ochronnymi lub izolacyjnymi, jeśli muszą pozostać dostępne po montażu.

Projekt termiczny wokół komponentów mocy

Źródła ciepła na płytach BMS

Rezystory równoważące, tranzystory MOSFET, regulatory, boczniki, układy wstępnego ładowania, przekaźniki i złącza mogą generować ciepło. Układ powinien zapewniać wystarczającą powierzchnię miedzi, strukturę przelotek i odstępy dla zamierzonych warunków pracy. Komponenty nie powinny być stłoczone w miejscach, w których lutowanie, kontrola lub rozprowadzanie ciepła stają się niepewne. W przypadku projektów o dużej mocy może być konieczna symulacja termiczna lub testy na poziomie produktu.

Wpływ montażu na wydajność cieplną

Pokrycie pastą lutowniczą, puste przestrzenie, osadzenie elementów i profil lutowania rozpływowego mogą wpływać na ścieżkę cieplną. Odsłonięte pady termiczne wymagają szablonu i strategii przelotowej, które zapobiegną nadmiernym pustym przestrzeniom lub przesiąkaniu lutu. Jeśli element jest połączony z radiatorem lub płytką metalową, interfejs mechaniczny powinien być zdefiniowany na rysunku montażowym.

Planowanie miedzi wysokoprądowej

Jeśli płytka BMS jest podłączona do sieci, może być wymagana gruba miedź lub szerokie obszary miedzi. Gruba miedź zwiększa złożoność produkcji i może mieć wpływ na montaż elementów o małej gęstości w pobliżu. Projektanci powinni unikać łączenia bardzo grubych elementów miedzianych z delikatnymi obwodami analogowymi bez uwzględnienia wpływu lutowania i odstępów. Informacje na temat opcji wysokoprądowych można znaleźć w sekcji ciężki montaż PCB z miedzi.

Projektowanie złączy, wiązek przewodów i interfejsów mechanicznych

Orientacja złącza i jego użyteczność

Płytki zarządzania akumulatorem często opierają się na złączach do odczepów ogniw, komunikacji, czujników temperatury, zasilania, programowania i diagnostyki. Projekt powinien zawierać informacje o orientacji złącza, kierunku zatrzasku, pinu 1, kodowaniu i szczegółach wiązki przewodów. Jeśli płytka będzie montowana w obudowie lub module akumulatora, umiejscowienie złącza powinno umożliwiać dostęp bez zginania wiązki przewodów i naprężania połączeń lutowanych.

Spójność wyprowadzeń uprzęży

Schemat pinów złącza PCB i schemat wiązki muszą być zgodne. Niedopasowanie pinów może być kosztowne, ponieważ zarówno płytka PCB, jak i wiązka mogą przejść kontrolę, ale nie zostać zaakceptowane podczas integracji systemu. Używaj czytelnych etykiet, odnośników do złączy i kontroli wersji zarówno dla schematu PCB, jak i schematu wiązki.

Cechy montażu mechanicznego i uziemienia

Otwory montażowe, otwory metalizowane, podkładki uziemiające, metalowe przekładki i styki obudowy powinny być określone na rysunku technicznym. Jeśli otwór montażowy nie jest metalizowany, powinno to być wyraźnie zaznaczone. Jeśli jest on używany do uziemienia, należy określić miedziane pola lutownicze, wykończenie, powierzchnię podkładki oraz wymagany moment dokręcania lub osprzęt. Naprężenia mechaniczne nie powinny być przenoszone na delikatne połączenia lutowane ani cienkie ścieżki.

Kontrole DFM i DFA dla płyt BMS

Punkty DFM produkcji

• Stos, gramatura miedzi, grubość płytki i wykończenie powierzchni odpowiadają rysunkowi.
• Odstępy między punktami wysokiego napięcia, szczeliny i wygrodzenia są określone za pomocą mierzalnych wymiarów.
• Możliwa jest produkcja grubych miedzianych układów przelotowych i podkładek termicznych.
• Punkty testowe, pady programowania i pady złączy nie są blokowane przez notatki powlekające.
• Zarys płytki i otwory montażowe są zgodne z wymaganiami obudowy.

Punkty montażowe DFA

• Oznaczenia biegunowości są wyraźne w przypadku diod, układów scalonych, kondensatorów, optoizolatorów i złączy.
• Duże elementy mają wystarczająco dużo miejsca i dostępu do lutowania.
• Części o małym rozstawie nie powinny być umieszczane zbyt blisko wysokich złączy lub krawędzi mechanicznych.
• Na rysunku widoczne są obszary wykluczenia powłoki, etykiety i obszary kontroli.
• Wysyłane części krytyczne są oznaczane i pakowane w celu wykorzystania w produkcji.

Typowe problemy z wydaniem

Planowanie punktów testowych i interfejsu programowania

Dostępne punkty testowe

Punkty testowe powinny być umieszczone w miejscu, do którego sondy będą miały dostęp po montażu. Unikaj umieszczania newralgicznych pól testowych pod złączami, pod wysokimi komponentami, wewnątrz stref lakierowania lub zbyt blisko krawędzi płytki. Punkty testowe powinny być spójnie opisane i powiązane z procedurą testową klienta. Jeśli planowane jest testowanie automatyczne, należy wcześniej sprawdzić rozmiar pól, odstępy i dostęp do osprzętu.

Projektowanie interfejsu programistycznego

Pady lub złącza programujące powinny być dostępne i zabezpieczone przed przypadkowym zwarciem. Projekt powinien określać napięcie programowania, typ interfejsu, orientację, kontrolę wersji oprogramowania układowego oraz metodę potwierdzenia. Jeśli programowanie nie jest wykonywane przez Highleap, w opakowaniu montażowym należy zamieścić informację, że płytki są dostarczane w stanie niezaprogramowanym.

Dokumentacja testów produkcyjnych

Limity i zapisy testów powinny zostać określone przed rozpoczęciem produkcji. W przypadku prototypów wystarczająca może być nieformalna informacja zwrotna od inżynierów. W przypadku produkcji bardziej niezawodna jest jasna procedura testowania z kryteriami zaliczenia/zaliczenia, wersją oprogramowania sprzętowego, etykietą z numerem seryjnym i formatem zapisu. Highleap może stosować procedury dostarczone przez klienta, jeśli są one uwzględnione w uzgodnionym zakresie budowy.

Notatki i często zadawane pytania dotyczące zapytania ofertowego dotyczącego projektu i montażu

Notatki RFQ dotyczące wydania projektu BMS

• Pliki PCB, stos, waga miedzi i wykończenie powierzchni.
• BOM z dokładnymi numerami MPN i zatwierdzonymi zamiennikami.
• Rysunek montażowy z informacjami dotyczącymi polaryzacji, orientacji złącza i powłoki.
• Wymagania dotyczące odstępów, szczelin i izolacji przy wysokim napięciu.
• Ścieżka prądowa, przelotki cieplne i wymagania dotyczące dużej ilości miedzi.
• Rysunki złączy, uprzęży i ​​interfejsów mechanicznych.
• Procedura programowania i wymagania dotyczące testów funkcjonalnych, jeśli mają zastosowanie.
• Wymagania dotyczące pakowania, identyfikowalności i dokumentacji produkcyjnej.

Linki wewnętrzne do planowania produkcji

W celu uzyskania informacji o usłudze montażu zobacz Montaż PCB BMSAby zapoznać się z przeglądem NPI przed wydaniem, zobacz przegląd NPI DFM. Aby zapoznać się z przeniesieniem prototypu, zobacz temat „Prototyp do produkcyjnej płytki PCBA”.