聊一聊BMS上面PCB相關(guān)的內(nèi)容

百度的定義是：PCB（Printed Circuit Board），中文名稱為印制電路板，又稱印刷線路板，是重要的電子部件、電子元器件的支撐體，是電子元器件電氣相互連接的載體。

針對電動汽車BMS上使用的PCB板，今天一起看下它的板層結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵參數(shù)以及尺寸成本。

板層結(jié)構(gòu)

在Layout工程師將GERBER文件發(fā)給PCB廠家制作時，一般會對PCB的板層結(jié)構(gòu)做要求，如下圖所示：對層數(shù)、板厚、銅厚、PCB材質(zhì)都會提要求，PCB廠家根據(jù)這些要求來確認是否可以實現(xiàn)以及是否存在問題；下圖中有兩個部分需要著重看下，即CORE（芯板）與PP（半固化片），其中PP對應(yīng)下圖中的2116以及7628，它們代表的厚度不同，BMS上的PCB一般為4-6層板就可以滿足要求了。

PCB的關(guān)鍵組成部分如下圖（來自于網(wǎng)絡(luò)），其中CORE被稱為芯板，就是指覆銅板，它是將電子玻纖布或其它增強材料浸以樹脂，一面或雙面覆以銅箔并經(jīng)熱壓而制成的一種板狀材料；而PP（半固化片）是指經(jīng)過處理的玻纖布，浸漬上樹脂膠液，再經(jīng)熱處理（預(yù)烘）使樹脂進入B階段而制成的薄片材料，其在加熱加壓下會軟化，冷卻后會反應(yīng)固化。

關(guān)鍵概念與參數(shù)

FR-4

首先明確FR-4的概念，即FR-4是一種耐燃材料等級的代號，具體是指樹脂材料經(jīng)過燃燒狀態(tài)必須能夠自行熄滅的一種材料規(guī)格，它不是一種材料名稱，而是一種材料等級，因此一般電路板所用的能滿足FR-4等級的材料就非常多，但是大多數(shù)場合都是指以環(huán)氧樹脂加上填充劑以及玻璃纖維所做出的復(fù)合材料，即環(huán)氧樹脂玻纖板。

另外，在PCB加工時雖然指定板材為FR-4，即指定為環(huán)氧樹脂玻纖板，但是里面還是有很多材質(zhì)的區(qū)分，例如PP使用的樹脂不同就可以有很多種的板材型號；對于板材的選擇，這部分工作大多數(shù)都被我們硬件設(shè)計人員忽略了，而是由PCB廠家來代替我們完成的。

Tg值Td值

Tg值是一個關(guān)于板材特性的參數(shù)，它代表玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Glass TransitionTemperature），指的是材料從一個相對剛性的玻璃狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬θ彳浀母邚棏B(tài)所對應(yīng)的溫度，對于PCB板材來講，Tg越高，其耐熱性能越好，硬度越高，成本也越高；在BMS上的PCB常見的選擇是Tg≥170℃。

Td值代表熱分解溫度（Thermal Decomposition Temperature），指板材受熱分解時其熱失重達到5%時的溫度，一般Td＞300℃，遠遠大于Tg值，這個溫度大家很少關(guān)注，但是它與焊接直接相關(guān)；下圖為臺光的一款PCB板材EM-370(Z)，也是汽車常用的板材型號，可以清晰看到Tg與Td的差異。

到這里有同學(xué)就問了，PCBA貼片時的爐溫在260℃左右，會大于Tg，那會不會有問題？當然沒有問題，只有溫度高于Td時，才會有風(fēng)險。

CTI

相比漏電起痕指數(shù)(或稱電痕化指數(shù)Comparative Tracking Index ,CTI）：指材料表面經(jīng)受住50滴電解液（0.1%氯化銨水溶液）而沒有形成漏電痕跡的最高電壓值，單位為V；PCB也是有具體的CTI要求，它會影響PCB表面安規(guī)距離的計算，BMS上面一般選取PCB的CTI≥175，大小與PCB表層的油墨材料也有關(guān)系。

CAF

全稱為導(dǎo)電性陽極絲(CAF：Conductive Anodic Filamentation)，指的是PCB內(nèi)部銅離子從陽極（高電壓）沿著玻纖絲間的微裂通道，向陰極（低電壓）遷移過程中發(fā)生的銅與銅鹽的漏電行為（下圖來自于網(wǎng)絡(luò)）；產(chǎn)生原因大家可以自行查找下，不贅述。

它通常發(fā)生在過孔與過孔之間、過孔與內(nèi)外層導(dǎo)線之間、外層或外層導(dǎo)線與導(dǎo)線之間，從而造成兩個相鄰的導(dǎo)體之間絕緣性能下降甚至造成短路。說白了就是PCB內(nèi)部兩個不同的網(wǎng)絡(luò)之間出現(xiàn)了絕緣不良或者短路的情況，所以PCB板材廠家一般會做CAF測試。（下圖來自于網(wǎng)絡(luò)）

關(guān)于更多PCB的參數(shù)介紹可以看看公眾號“吳川斌的博客”，很專業(yè)。

尺寸與成本

接下來評估下BMS整個系統(tǒng)上的PCB面積，以MODEL3的BMS為例，整個系統(tǒng)包括了一個主控板、四個從控板，之前都有詳細介紹過。

主控板：PCB尺寸為424mm*113mm*1.6mm，表面處理方式為ENIG（NiAu），層數(shù)為4層。

從控板：單個PCB尺寸為150mm*140mm*2mm，表面處理方式為ENIG（NiAu），層數(shù)為4層。

那么它的整個BMS系統(tǒng)的PCB面積大概為424mm*113mm+150mm*140mm*4≈0.13㎡。

再看下BYD的宋DM-i的BMS，如下圖所示：包括了一個主控板、兩個從控板以及一個高壓板，整個BMS系統(tǒng)的PCB面積大概為135mm*86mm+186mm*87mm*2+120mm*84mm≈0.054㎡。

下面再舉一個例子，之前分析過的SK的集中式控制器的PCB尺寸大概為250mm*205mm≈0.05㎡。

從上面對比可知MODEL 3的PCB面積比較大，它是為了配合與模組兩邊FPC之間的鋁絲焊接，所以對PCB寬度有要求，進而PCB面積很大；而集中式BMS的PCB尺寸相對應(yīng)該是最小的；那么整個BMS系統(tǒng)的PCB總面積大概在0.05㎡~0.1㎡之間；如果BMS都是四層板，而四層板PCB的參考價格按照每平米850元~900元來計算的話，整個BMS系統(tǒng)PCB大概成本為42.5元~90元。

審核編輯：劉清