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汽车线路板式电器盒的设计技术研究
贺延周 2025/1/15 20:38:33
（泰山科技学院，山东泰安 271000）
摘要：随着汽车电气系统的发展，对电器盒的设计提出了更高的要求，尤其是在可靠性、效率和小型化方面。本文详细探讨了汽车电器盒中线路板的设计技术，分析了传统线路板的缺陷，并介绍了新型多层线路板结构的创新设计。这种设计依托优化电流传输路径、减少回路电阻、提升散热性能，显著提高了电器盒的安全性和效率。最后，文章还介绍了继电器插座的改进、音叉端子和智能化电源分配单元的应用，展示了未来汽车电器盒的发展趋势。
关键词：汽车；印刷线路板；电器盒
近年来，随着汽车电子技术的飞速发展和汽车电气系统复杂性的不断提升，汽车电器盒的设计和功能需求变得越来越多样化。传统电器盒设计存在体积大、发热量高、线路复杂等问题，无法满足现代汽车对高效、稳定和小型化电气系统的需求。根据中国汽车工程学会发布的最新数据，汽车电气系统故障占车辆整体故障率的比例持续上升，尤其是线路板过热引发的短路和元件老化问题，已成为影响车辆性能和安全的主要因素之一[1]。为了应对这些挑战，汽车制造商和电气设计团队加大了对线路板设计技术的研究投入，致力于开发更具创新性和可靠性的电器盒解决方案。新型多层线路板、智能化电源管理单元以及微型化熔断丝等技术的应用，为汽车电气系统的轻量化、集成化和智能化提供了强有力的技术支撑，不仅提升了电器盒的工作效率和安全性能，还显著降低了制造和维护成本。
1线路板设计新技术
电路板是电器盒中的核心组成部分，它不仅承担着支撑和连接电器盒内部各个元件的责任，而且对整个设备的稳定运行起着决定性作用。初期的电路板设计通常采用单层双面或双层四面的结构，利用支撑柱将不同层的电路紧密固定。然而，这种设计易于导致电路层之间的接触，进而引起性能不稳定，此外还会带来体积庞大、成本增加及效率低下等问题。在电路板的回路设计中，电流通过电源输入端进入，并在上层电路板中通过一段短插头传至熔断丝，再通过另一短插头继续流向下层电路板，最终从标准插头输出[2]。这种设计使得电流在电器盒内的传输路径较长，导致回路电阻大、电压下降显著，从而产生较高的发热量和温度升高，极大地增加了电器盒和车辆损坏的风险。
为解决传统线路板设计的问题，某团队开发了一种创新的汽车电器盒线路板结构（参见图1）。
图1 汽车电器盒线路板创新结构
这一设计包括分布在不同层面的线路板：上层线路板2和下层线路板6。上层线路板装有电源输入端1和熔断丝4，而下层线路板则设有标准插头7。这里的关键创新在于，熔断丝4与一对不同长度的插头—短插头3和长插头5—配合使用。短插头3直接与电源输入端1相连，通过长插头5，上层线路板2与下层线路板6建立电气连接。长插头5穿过上层线路板2的过孔8并焊接在下层线路板6上。这种设计有效缩短了电流的传输路径，显著降低了回路电阻，从而减少了电器盒和车辆因电路过热而损坏的风险[3]。此外，该结构去除了连接上下层线路板所需的焊接支撑柱，简化了焊装工艺。整体上看，这一新型线路板结构极大地提高了电器盒的性能和可靠性。
如下图2所示，最新开发的单块多层线路板每块至少包括三层电路。
图2 单块多层线路板爆炸图
为了保证电路的隔离与功能性，每两层之间配备了绝缘层。最外层的电路面覆盖了阻焊膜，增强了板的保护和耐用性。为了实现多层间的电路连接，根据需要可以采用通孔、埋孔或盲孔等多种结构。在多层板粘合前，通孔需要先行钻孔以对准各层的铜线，之后通过电镀过程，使孔内镀上铜，形成导电通道，有效串联各层电路。与此同时，盲孔技术使得内部几层电路可以与表面电路相连，而不需穿透整个板体；埋孔则仅用于内部多层间的连接。此种线路板上还焊接有各类接口元件如插头、插座和导电片，以及其他电子元器件[4]。这种单块多层线路板设计的电器盒不仅清晰分隔了各层电路，避免了不必要的电路接触，还减少了焊接支撑柱和塑料支撑柱的使用。此外，简化的焊装流程、更短的回路路径和较小的电压降，都使得这种设计满足了市场对汽车配件轻量化的需求。
在重新设计的车辆电器盒中，我们采纳了多层线路板技术，在电源输入端特别集成了汇流条结构。这种设计允许慢熔熔断丝与汇流条在共端取电，有效分散大功率负载，遵循热量分散原则，从而防止热量集中。经过反复测试，该线路板的温升保持在92至125.1°C之间，最高温升点为45.1°C，明显低于设定（未完，下一页）
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