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    Die Auswirkungen der wachsenden PCB-Marktanteile im Fahrzeugbau für PCB-Designer

    July 6, 2017

     

    Erinnern Sie sich nach an die Mottotage zum „dynamischen Duo“ damals in der Schule? Mein Kumpel und ich haben uns immer als die Klassiker Batman und Robin verkleidet. Ich war natürlich Batman. Aber als Batman ohne Batmobil und mit einem selbstgemachten 1990er-Jahre-Utensiliengurt ist es kein Wunder, dass ich kein Mädchen davon überzeugen konnte, Catwoman zu sein. Für Ingenieure ist das Batmobil dagegen ein ganz anderes dynamisches Duo, das mit zunehmenden technologischen Fortschritten immer mehr Präsenz gewinnt: PCBs und Autos. Luxusautos hatten einst Sitzheizungen – jetzt enthalten sie PCBs, die Ihnen das Fahren abnehmen, und besitzen ein 17"-LED-Display im Armaturenbrett.  Leider hat noch niemand Strahltriebwerke in seine Autos integriert. Während die Fahrzeug-PCBs einen immer größeren Marktanteil erobern, müssen sich Designer heute fragen, wie sie mit ihren Designs essenzielle und luxuriöse Funktionen in vernetzten Autos ermöglichen können. Außerdem sollten sie modernste Entwicklungsverfahren wie Rigid-Flex und HDI erlernen, um die Anforderungen der Automobilindustrie zu erfüllen.

     

    Dark Knight Batmobile
    Das wird dann wohl mein nächstes Auto. Redaktionelle Rechte: Rubens Alarcon / Shutterstock.com
     

    Steigender Marktanteil

    Heiliges Kanonenrohr, Batman, dieser Markt wächst so rasant, er wird noch explodieren! Der Markt der vernetzten Autos wächst stetig, und mit ihm der Markt für Fahrzeug-PCBs. Schon bald werden Sie genau so viele PCBs für Autos wie für IoT-Geräte entwickeln.

     

    Futuristische Autos waren einst das Reich der Millionäre und Comic-Superhelden oder eben der Millionärs-Comic-Helden. Jetzt möchte jeder so einen Wagen fahren. Laut Schätzungen sind bis 2020 75 % aller Autos vernetzt. Das macht etwa 250 Millionen vernetzte Autos auf den Straßen. Da viele moderne Autos mehr als 70 Mikroprozessoren verbaut haben, müssen viele PCBs entwickelt werden.

     

    Aber bei modernen Autos besteht nicht nur ein Bedarf an vielen PCBs, sondern man ist auch bereit, dafür zu zahlen. 2015 machte die Elektronik bereits über 50 % der Kosten eines Autos aus. 2017 geht dieser Anteil schon in Richtung 70 %. Der finanzielle Fokus bei Autos verschiebt sich weiter von Metall auf Mikrocontroller. Das könnte Ihre Gelegenheit sein, Geld zu verdienen.

     

    Tesla Model S interior touchscreen

    Tesla verwöhnt uns mit einem originalgroßen Computerbildschirm im Armaturenbrett. Redaktionelle Rechte: Kaspars Grinvalds / Shutterstock.com
     

    Funktionen vernetzter Autos

    Mit den Jahren hatte das Batmobil von Nebelgranaten bis zu Raketen so ziemlich jedes Gadget, das man sich vorstellen kann. Heutige Autos verfügen ebenfalls über eine Menge Spezialfunktionen, die allerdings eher Kunden begeistern und Behörden zufriedenstellen sollen als Bösewichte dingfest zu machen. Die Funktionen, die Sie vermutlich entwickeln werden, fallen in fünf allgemeine Kategorien: Motor, Antriebsstrang, Karosserie, Infotainment und Leistungselektronik.

     

    Motor und Antriebsstrang: Prozesse dieser Art laufen zwar im Verborgenen, aber ohne sie läuft das Auto nicht. Kolben, Zündkerzen, Differenzial, Getriebe – alles Dinge, die ich kenne, ohne genau zu wissen, wie sie funktionieren. Die Elektronik, die diese Systeme steuert, muss strengste Sicherheitsanforderungen erfüllen, also bereiten Sie sich auf Probleme vor. PCBs für Motor und Antriebsstrang werden bis 2020 einen Marktanteil von 4 Mrd. $ erreichen. Für dieses Geld würde ich mich durchaus auch einmal mit den Zertifizierungs-Anforderungen befassen.

     

    Karosserie: Unter die Karosserieelektronik fallen Dinge wie die schicken Automatik-Türgriffe im Tesla. Es könnte sich aber genauso gut um Geräuschunterdrückungssysteme oder den Erzfeind von Mr. Freeze handeln – Sitzheizungen. Diese Elektronik wirdbis 2020 etwa 3 Mrd. $ wert sein.

     

    Infotainment: Als ich noch jung war, haben wir einen kleinen Röhrenfernseher mit integriertem Videorecorder eingebaut, um uns im Auto Filme anzusehen. Jetzt haben selbst die Kinder ihre eigenen Bildschirme vor den Rücksitzen. Wenn Sie PCBs für Systeme dieser Art entwickeln, können Kinder überall Batman und Robin schauen. Infotainment-PCBs werden 2020 einen Wert von ca. 1 Mrd. $ ausmachen.

     

    Leistung: Zu guter Letzt kommt die Kategorie, die für die Fahrzeugindustrie zum Impulsgeber wurde – Leistungselektronik. Obwohl niemand genau weiß, wie schnell der Markt für Elektrofahrzeuge wächst, steht sein Wachstum außer Frage. Mit sinkenden Akkukosten und steigender Energiedichte werden wir in Zukunft wahrscheinlich immer mehr Autos mit Elektromotoren sehen. Das heißt, sie werden Designer wie Sie brauchen, die Batteriemanagement-Systeme, Ladeplatinen und andere Schaltungen für diesen 800 Mio. $ schweren Markt entwickeln.

     

    Selbstfahrendes Auto auf PCB-Straße

    Wenn Sie Platz sparen wollen, machen Sie einfach das Auto zur Schaltung. Warum also nicht auch die Straße?
     

    Futuristische Designtechniken

    Leider brauchen futuristische Autos auch futuristische PCBs, also müssen Sie ein paar Designtechniken der nächsten Generation erlernen. Mit all den PCBs und Kabeln, die inzwischen in Autos verbaut werden, geht den Herstellern langsam der Platz im Innenraum aus. Was ist die Lösung? Kleine PCBs, die überall hinein passen, auch als HDI (High Density Interconnect) und Rigid-Flex bekannt. Bei den strengen EMI-Anforderungen sollten Sie sich vielleicht auch eingehender mit dem EMI-Design befassen.

     

    Obwohl Ihnen vielleicht nicht danach ist, die Techniken für das Verkleinern von PCBs zu beherrschen, werden es die Autohersteller zu schätzen wissen, welch kleine HDI-Platinen Sie entwickeln können. Um das HDI-Verfahren jedoch wirklich zu beherrschen, müssen Sie sich mit einer Vielzahl von Durchkontaktierungen und effizienten Fan-Out-Strategien vertraut machen.

     

    Wenn Sie ein PCB irgendwo versteckt in einem Auto unterbringen wollen, sollte sie besser biegsam sein. Vielleicht brettern Sie mit Ihrem Gefährt nicht die Rampe zur Bathöhle hinauf, aber Schlaglöcher und Bodenschwellen erzeugen ebenfalls dynamische Kräfte, die auf Ihre PCBs wirken. Ein biegsames PCB wird niemals brechen, auch wenn gerade wieder irgendein Joker Ihr Auto rammt.

     

    Dies wäre natürlich kein guter PCB-Artikel, wenn darin nicht meine Lieblingsthemen – EMI und intelligente Gabeln – vorkommen würden. Zum Glück besprechen wir heute nur EMI. Autos sind halbgeschlossene Systeme und haben deshalb strenge EMI-Anforderungen zu erfüllen. Also müssen Sie unter anderem folgende Dinge berücksichtigen: Differentialpaar-Routing, gute Masseverbindung und die Trennung von AC- und DC-Signalen.

     

    Wie geht es weiter? 

    Die Elektronik in den Autos von heute verschafft Ihnen das Gefühl, ein dunkler Rächer mit Millionen auf dem Konto zu sein. Nur schlagen Sie sich nicht mit dem Verbrechen herum, sondern mit dem Pendlerverkehr. Wenn Sie das rasante Wachstum der Fahrzeug-PCB-Branche nutzen wollen, müssen Sie Ihre Gegner genau kennen. Sehen Sie sich all die verschiedenen Systeme und Funktionen an und konzentrieren Sie sich auf die Arten, die Sie entwickeln wollen. Vielleicht müssen Sie dann noch Ihr Wissen über fortschrittliche Designtechniken auffrischen, um die strengen Branchenanforderungen zu erfüllen.

     

    Wenn Sie das alles in angemessener Zeit schaffen wollen, brauchen Sie gute Software, die Ihnen dabei hilft. CircuitStudio ist in Sachen innovatives Design ganz vorn dabei und kommt mit einer Dokumentation, die Ihnen beim Erlernen seiner erweiterten Funktionen hilft.

     

    Haben Sie weitere Fragen zum Bau eines Batmobils? Rufen Sie einen Experten bei Altium an.

     

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