Стандарты компонентов для электроники автомобильного класса

Автомобильная промышленность в значительной степени зависит от электроники — как для обеспечения безопасности, так и для производительности и удобства пользователя. От блоков управления двигателем (ECU) до информационно-развлекательных систем — электронные компоненты должны соответствовать строгим стандартам, чтобы обеспечивать надёжность в суровых условиях эксплуатации.

В отличие от потребительской электроники, автомобильные компоненты должны выдерживать экстремальные температуры, вибрации, влажность и работать в течение длительного срока службы. Чтобы гарантировать качество, производители следуют международным стандартам. В этой статье рассматриваются ключевые стандарты компонентов для автомобильной электроники и объясняется, как Altium 365 помогает инженерам и закупщикам быстро находить компоненты, соответствующие этим стандартам.

Почему стандарты важны в автомобильной электронике

Один неисправный датчик может привести к серьёзным проблемам — например, к неработающим подушкам безопасности или ошибкам в работе систем автономного вождения. В отличие от обычной электроники, компоненты автомобилей должны выдерживать экстремальные температуры (от -40°C до +150°C), постоянные вибрации, влажность и иметь длительный срок службы. Строгие стандарты, такие как AEC-Q100 (для микросхем), ISO 26262 (для обеспечения безопасности) и IATF 16949 (для управления качеством), обеспечивают всесторонние испытания, включая температурные циклы, электромагнитные помехи и тесты на надёжность. Без этих стандартов электромобили могут перегреваться, системы помощи водителю могут неверно интерпретировать ситуацию на дороге, а критически важные функции могут отказать в самый неподходящий момент.

Ключевые стандарты компонентов для автомобилей

1. Стандарты AEC

Совет по автомобильной электронике (AEC) устанавливает стандарты надёжности для электронных компонентов, применяемых в автомобилестроении. Эти стандарты гарантируют, что компоненты способны работать в суровых условиях — при экстремальных температурах, вибрациях, высокой влажности и электрических нагрузках.

AEC-Q100 (Для интегральных схем)

AEC-Q100 - это стандарт качества для интегральных схем, используемых в автомобильных приложениях. Он был создан Автомобильным электронным советом (AEC), чтобы обеспечить способность ИС выдерживать суровые условия внутри автомобиля, такие как: Экстремальные температуры (жара и холод), вибрации и механические нагрузки, влажность и влага, Электромагнитные помехи. ИС, прошедшие тестирование по AEC-Q100, считаются квалифицированными для использования в автомобилях.

Пример:

• Микроконтроллер с сертификацией AEC-Q100 означает, что он не выйдет из строя даже когда температура в отсеке двигателя достигнет крайне высоких или низких значений.

AEC-Q101 (Для дискретных полупроводников)

AEC-Q101 - это стандарт качества и надежности для дискретных полупроводников. Он был установлен для обеспечения надежной работы компонентов, таких как диоды, транзисторы и МОП-транзисторы, в суровых условиях.

Пример: 

• Силовой транзистор с сертификацией AEC-Q101 означает, что он вряд ли выйдет из строя даже после многих лет постоянной работы с высоким током в системах аккумуляторов гибридных автомобилей.

AEC-Q102 (Для оптоэлектронных устройств)

AEC-Q102 предназначен для оптоэлектронных устройств, используемых в автомобильных приложениях. Это включает в себя компоненты, такие как светодиоды, фотодиоды, инфракрасные датчики, оптопары и лазерные диоды.

AEC-Q102 также классифицирует устройства по температурным градациям, обеспечивая их пригодность для различных автомобильных приложений, таких как фары, дисплеи приборных панелей, датчики LiDAR и системы инфракрасной связи.

Пример: 

• Светодиод с сертификацией AEC-Q102 означает, что он не потускнеет и не изменит цвет даже после десятилетия воздействия солнечного света и экстремальных температурных колебаний в дневных ходовых огнях.

AEC-Q103 (Дискретные MEMS/Датчики)

AEC-Q103 является основным стандартом качества и надежности для дискретных датчиков. Он обеспечивает соответствие этих датчиков строгим требованиям к надежности и производительности, необходимым для использования в суровых автомобильных условиях.

Пример: 

• Датчик давления с сертификацией AEC-Q103 означает, что он не будет давать ложные показания даже при подвергании воздействию многолетних вибраций и экстремальных температур в системах мониторинга давления в шинах.

AEC-Q104 (Многочиповые модули)

AEC-Q104 специально применяется к многочиповым модулям (MCM), используемым в автомобильных приложениях.

Пример: 

• Модуль питания с сертификацией AEC-Q104 может выдерживать тепло от быстрой зарядки электромобилей без разрушения.

AEC-Q200 (Для пассивных компонентов)

AEC-Q200 - это специальный набор тестов и стандартов, разработанных для обеспечения надежности пассивных электронных компонентов (таких как резисторы, конденсаторы и индукторы) и их способности выдерживать суровые условия.

Пример: 

• Резистор с сертификацией AEC-Q200 означает, что он не выйдет из строя даже если автомобиль эксплуатируется в ледяные зимы или знойные лета.

2. Стандарты ISO

Международная организация по стандартизации (ISO) разрабатывает глобально признанные стандарты для обеспечения безопасности, надежности и производительности автомобильных электрических и электронных систем. Эти стандарты охватывают функциональную безопасность, электромагнитную совместимость (EMC), устойчивость к воздействию окружающей среды, кибербезопасность и многое другое.

ISO 16750 (Стандарт испытаний на воздействие окружающей среды)

ISO 16750 — это международный стандарт, определяющий, как должны тестироваться электрические и электронные компоненты автомобилей для их выживания в реальных условиях эксплуатации. Он гарантирует, что такие детали, как датчики, блоки управления двигателем (ECU), проводка и соединители, не выйдут из строя из-за тепла, холода, вибраций, влажности или колебаний питания.

Пример:

• Блок управления двигателем автомобиля должен пройти тесты по стандарту ISO 16750, чтобы доказать, что он не выйдет из строя в лютые зимы, пустынную жару или после многих лет воздействия вибраций от ям на дороге.

ISO 26262 (Стандарт функциональной безопасности)

Современные автомобили зависят от сложной электроники для торможения, управления и даже автономного вождения. ISO 26262 обеспечивает безопасность этих систем и снижает вероятность их опасного отказа. Стандарт использует уровни целостности безопасности автомобильной электроники (ASIL A-D) для классификации систем по риску, где ASIL A представляет самые низкие, а ASIL D — самые высокие требования безопасности для жизненно важных функций.

Пример: 

• Блок управления тормозами, сертифицированный по ISO 26262 ASIL D, означает, что он не выйдет из строя опасным образом, даже если произойдет сбой в чипе, потому что он имеет избыточные процессоры, которые проверяют друг друга 100 раз в секунду.

ISO 11452 – Устойчивость к электромагнитным помехам (EMC)

ISO 11452 определяет, как автомобильные электрические и электронные компоненты должны сопротивляться электромагнитным помехам (EMI) от радиовышек, линий электропередач и даже других систем транспортного средства. Это гарантирует, что важные автомобильные электронные устройства, такие как блоки управления, радары и сенсорные экраны, продолжают правильно работать, даже когда они подвергаются электрическим помехам.

Пример: 

• Радары автопилота Tesla соответствуют ISO 11452, что обеспечивает их игнорирование электромагнитных помех от линий электропередач и сотовых вышек, при этом точно обнаруживая реальные препятствия.

ISO 7637 – Электрические переходные процессы в транспортных средствах

ISO 7637 тестирует, как автомобильная электроника выдерживает всплески напряжения и электрические помехи в системе питания транспортного средства. Он испытывает автомобильные детали в условиях, близких к реальным, таких как всплески мощности, внезапные электрические переключения и отключения батареи, чтобы убедиться, что они не выйдут из строя или не создадут риски для безопасности.

Пример: 

• Модуль управления фарами, сертифицированный по ISO 7637-2, не сбросится при запуске двигателя зимой при -30°C, потому что он выдержал 100 000 тестовых импульсов скачков напряжения до 40V.

3. Стандарты IPC для проектирования и сборки печатных плат

IPC (ранее известная как Институт Печатных Плат) - это международная торговая ассоциация, разрабатывающая стандарты, в особенности для печатных плат (PCB) и электронных сборок.

Ключевые стандарты:

• IPC-6012DA – Обеспечивает соответствие печатных плат строгим требованиям к долговечности для автомобилей.
• IPC-A-610 – Определяет правила качества для электронных сборок в автомобильных приложениях.

4. Другие ключевые стандарты

IATF 16949 (Управление качеством) 

IATF 16949 - это международный стандарт управления качеством для автомобильной промышленности. Этот стандарт направлен на сокращение дефектов, повышение эффективности и удовлетворение ожиданий клиентов. Он сочетает в себе ISO 9001 с дополнительными требованиями, специфичными для автомобильной отрасли, охватывая такие области, как управление рисками, качество поставщиков и непрерывное улучшение.

Пример: 

• Топливный инжектор, сертифицированный по IATF 16949, не будет протекать или засоряться до 150 000 миль, потому что каждая партия продукции статистически контролируется с использованием документации PPAP и 100% контроля на конечной стадии сборки.

Как мы можем использовать стандарты для автомобильных компонентов

При закупке электронных компонентов для автомобильных приложений, покупателям необходимо убедиться, что детали соответствуют требуемым стандартам надежности, безопасности и производительности. 

В качестве инженера по закупкам электроники я однажды столкнулся с критическим выбором регулятора напряжения для блока управления двигателем (ECU). Команде разработчиков требовалась деталь, которая могла бы выдерживать высокие температуры и вибрации, но команда по закупкам настаивала на более дешевом коммерческом микросхеме для сокращения затрат. 

Один из поставщиков предложил недорогой регулятор, который казался идеальным, пока я не проверил его характеристики: отсутствие сертификации AEC-Q100, рейтинг от -40°C до +125°C (класс 1), однако наши тесты показали пиковые температуры до 140°C рядом с двигателем и отсутствие данных испытаний на вибрацию по стандарту ISO 16750, что означало возможный отказ при длительных нагрузках. 

Если бы мы использовали эту деталь, это могло бы привести к ранним отказам в условиях жаркого климата, претензиям по гарантии из-за сбоев ECU и отзывам, если регуляторы выходили из строя в критических условиях.  

Решение: Соблюдение стандартов AEC-Q100 и ISO

Используя Altium 365, я быстро отфильтровал регуляторы класса AEC-Q100 0 (-40°C до +150°C) и сравнил отчеты испытаний, подтверждающие соответствие стандарту ISO 16750 (температурные циклы, вибрация), сертификаты поставщиков (IATF 16949 для обеспечения качества) и данные о реальных запасах, сроках поставки, чтобы избежать задержек.

Мы выбрали немного более дорогую, но полностью сертифицированную деталь, избегая потенциальных отказов на поле. Урок, который я усвоил, - никогда не идти на компромисс в стандартах автомобилестроения, экономия 0,50 доллара за единицу не стоит риска отзыва на 10 миллионов долларов.

Как Altium 365 может помочь инженерам и закупщикам определять компоненты автомобильного класса

Выбор правильных электронных компонентов автомобильного класса критически важен для надежности и безопасности, но поиск сертифицированных деталей может занять много времени. Altium 365, ведущее решение для управления данными электронного проектирования в облаке, упрощает процесс, помогая инженерам быстро определять и выбирать соответствующие компоненты.

Вот как Altium 365 облегчает поиск сертифицированных частей AEC-Q100, AEC-Q101, AEC-Q200, ISO 26262 (ASIL) и IATF 16949:

1. Быстрый поиск компонентов автомобильного класса

Altium Designer и Altium 365 предоставляют идеальную среду для управления, выбора и использования компонентов в проекте для автомобильного продукта. Altium 365 - это облачная среда для хостинга данных проектирования и каталогизации компонентов в библиотеке проектирования компании. Эти детали и все данные проекта размещаются в безопасном облачном рабочем пространстве с интегрированными контролями доступа.

После добавления компонентов в централизованную библиотеку в Altium 365, команда разработчиков компании может получить к ним доступ в Altium Designer. Используя расширенные функции поиска в Altium Designer, пользователи могут искать по квалификации AEC-Q (Q100, Q101, Q200), фильтровать по температурному классу, проверять соответствие ISO 26262 (уровни ASIL A/B/C/D).

Пример: Нужно найти микроконтроллер класса AEC-Q100 Grade 1 в библиотеке вашей компании? Altium 365 и Altium Designer предоставляют инструменты поиска, которые помогут вам быстро найти идеальный компонент.

2. Определение СБ в которых используются детали

Компании, производящие множество продуктов, часто используют одинаковые схемы и номера деталей в своем продуктовом портфеле. Для отслеживания использования деталей в различных сборках часто требуется внутренняя база данных, которая постоянно обновляется. Altium 365 полностью автоматизирует эту задачу с помощью функций "Где используется". Независимо от того, является ли деталь автомобильного класса или стандартной, Altium 365 обеспечивает видимость выбора деталей в автомобильных продуктах, а также жизненные циклы каждой детали в СБ.

Преимущество: При выборе номеров деталей для проекта есть визуальный сигнал, показывающий, закончился ли срок службы детали и где она использовалась, что позволяет команде разработчиков отметить проект для обновления.

3. Доступ к подробным техническим описаниям и информации о соответствии

Перед покупкой инженерам необходимо проверить отчеты о тестировании AEC-Q, диапазоны рабочих температур, документацию ISO 26262 (если применимо).

Altium 365 предоставляет прямые ссылки на технические описания производителей, сертификаты соответствия и информацию о жизненном цикле в управляемой библиотеке компонентов компании наряду с технической информацией о компонентах.

4. Проверка наличия на складе и сроков поставки в BOM

Цепочки поставок в автомобильной промышленности могут быть непредсказуемыми. Altium 365 показывает актуальные уровни запасов, сроки поставки, предложения альтернативных деталей внутри BOM. Используя Altium 365 BOM Portal, вы можете создавать и делиться BOM с членами команды, экспортировать списки в формате CSV/PDF для закупок, отслеживать изменения компонентов (устаревание, замены) и просматривать информацию о цепочке поставок наряду с техническими данными.

Пример использования: Если ваш предпочтительный конденсатор AEC-Q200 отсутствует на складе, Altium 365 поможет быстро найти эквивалентную деталь.

Итоговая мысль

Электроника автомобильного класса должна соответствовать строгим стандартам, чтобы обеспечить безопасность и надежность. Ключевые стандарты, такие как AEC-Q100, AEC-Q200, ISO 26262 и IATF 16949 , помогают производителям создавать компоненты, которые служат годами в экстремальных условиях.

Компании, следующие этим правилам, используют инструменты вроде Altium 365 и Altium Designer для производства более безопасных и надежных автомобилей будущего.

Узнайте больше о совместной работе в облаке для проектирования электроники автомобилей, чтобы ускорить разработку, обеспечить соответствие требованиям и оптимизировать поиск компонентов.