Conexiones fuertes y débiles: Un vistazo a la ECU moderna

Puede ser más conveniente comenzar con alguna explicación sobre la tecnología que encontramos en una ECU, para comprender mejor dónde están exactamente los puntos débiles. Todo el mundo sabe que la base está formada por un procesador, una memoria y una PCB (placa de circuito impreso), pero realmente hay mucho más interesante que contar.

La misma PCB

Tome la PCB en sí: la ahora conocida placa de circuito impreso verde hecha de fibra de vidrio y resina epoxi aún se usa regularmente (piense en las ECU de Bosch, FoMoCo y Siemens / VDO), pero la llegada del material cerámico ha llevado a muchos fabricantes a cambiar. Las placas de circuito impreso de cerámica pueden conducir el calor (y por lo tanto disipar) mucho mejor y están hechas de un material mucho más fino y mejor estructurado, lo que significa que pueden fabricarse con una precisión muy alta. Esto también tiene sus ventajas para el diseño de placas de circuito impreso, ya que también permite estructuras 3D muy pequeñas y complejas. Los fabricantes de automóviles están encantados de aprovechar estas ventajas, porque cualquier forma de ahorro de espacio y peso es bienvenido con los brazos abiertos. Por lo tanto, esperamos ver el uso de material cerámico aún más en las ECU’s en el futuro.

Las placas de circuito impreso de cerámica siempre están pegadas a una placa base de aluminio con pasta conductora de calor. Esto no solo tiene la ventaja de que el calor (generado por los componentes) se disipa muy rápidamente, sino que también le da resistencia a la placa de circuito impreso. Deformación y vibración de la placa y el posible daño consecuente debido a estos movimientos es algo que, por lo tanto, es mucho menos común con las placas de circuito impreso cerámicas. Por tanto, las fracturas y fisuras en las uniones sólidas son relativamente raras. El uso de material cerámico realmente tiene las ventajas necesarias e incluso nos atrevemos a decir que la placa de circuito verde ahora algo más vieja es en parte culpable de la confiabilidad variable de algunas ECU actuales.

Componentes sobre y en la PCB

No sorprenderá que esta diferencia en las placas de circuito impreso también dé lugar a un uso diferente de los componentes. Una placa de circuito impreso convencional es algo más tosca que la versión cerámica, lo que significa que los componentes en sí también son algo más “robustos” en diseño. Por lo tanto, la mayoría de los puntos de contacto son lo suficientemente grandes como para verse a simple vista. Por lo tanto, pensaría que estos componentes también son más confiables que los componentes frágiles más pequeños en una placa de circuito impreso de cerámica, pero curiosamente esta teoría no parece ser del todo correcta en la práctica. Los componentes más grandes también continúan fallando con regularidad. ¿Podrían influir en esto los bajos costes de fabricación?

Afortunadamente, con el equipo adecuado (de soldadura) y la habilidad suficiente, se pueden hacer muchas cosas en el campo de la reparación de conexiones y el reemplazo de componentes en estas placas de circuito impreso, a menudo las verdes. Incluso si los puntos de contacto se extienden por la parte inferior del componente, como es el caso de procesadores como los BGA, por ejemplo. En ese caso, se necesita un equipo especial que pueda calentar localmente con extrema precisión.

En ACtronics, una compañía que se enfoca en la reparación completa de componentes eléctricos automotrices, también se utiliza la calefacción local para reemplazar componentes. La máquina ha sido programada completamente por nosotros , creando una solución particularmente atractiva para reemplazar los BGA. La programación de este equipo requiere muchos conocimientos específicos y el equipo sigue siendo muy caro. Por lo tanto, no se espera que otras compañías sigan rápidamente estos desarrollos.

Por lo tanto, una placa de circuito impreso convencional y los componentes asociados a menudo resultan defectuosos, pero la reparación es en muchos casos es posible. Sin embargo,  los componentes que se utilizan en una placa de circuito impreso de cerámica, eso se vuelve mucho más difícil.
Dado que el diseño general es  pequeño y más complejo, también es necesario utilizar componentes más pequeños. Debido al uso del material cerámico, la disipación de calor afortunadamente no es un gran problema, incluso si estos componentes se usan incrustados (= hundidos en una de las capas del material cerámico), pero tan pronto como estos delicados componentes electrónicos fallan, la reparación no es tan fácil. . Los componentes son difíciles, casi imposibles y fáciles de dañar. Además, las conexiones suelen ser tan pequeñas que no se pueden reparar sin un microscopio y un equipo muy avanzado. No es imposible, pero hay que preguntarse  en cada caso individual si esto sigue siendo económicamente rentable.

Conexiones de cables

Hablando de conexiones: debido al diseño compacto y complejo de una placa de circuito impreso de cerámica, hay muchas menos opciones para las conexiones de soldadura, pero  a menudo se desvía de las conexiones de cables, que pueden tener un tamaño realmente microscópico. Por ejemplo, las conexiones de cables que van desde la PCB a los enchufes en la imagen grande todavía se pueden ver, pero los cientos de cables dorados que conectan el componente púrpura cuadrado en el medio de la PCB tienen solo 50 micrones de grosor y, por lo tanto, apenas son visibles a simple vista. 

Estos pequeños cables de oro también son un gran ejemplo para explicar por qué nunca se debe tocar los componentes con los dedos: la posibilidad de que presione estos cables de oro entre sí y provoque un cortocircuito es muy alta.

Seamos honestos, estas conexiones de cables son realmente el talón de Aquiles de las ECU con PCB de cerámica. Los cables no pueden soportar vibraciones y sobrecalentamiento, algo que a veces es causado por picos de voltaje. Por esta razón, generalmente se aplica una capa de gel de silicona para proteger contra vibraciones y fluctuaciones de temperatura. Sin embargo, esto no nos impide encontrarnos con ECU con conexiones de cables defectuosas. ¿Cómo sucede  entonces?