Otomobil aydınlatma sistemlerinde kullanılan baskılı devre kartı üzerinde elektronik bileşenlerin en uygun şekilde dağılımını sağlayan kullanıcı arayüzünün oluşturulması

Abstract

Baskılı devre kartları (PCB’ler) kullanıldığı yere göre içerdiği elektronik bileşenler (transistor, kondansatör, direnç, entegre devre vb.) ve bu bileşenlerin devre kartları üzerindeki yerleşimleri değişiklik gösterebilir. Bu durum devre kartlarının belirli test senaryolarından geçmek zorunda olduğunu da göz önünde bulundurarak konsept kart tasarımının yapılmasını oldukça zorlaştırmaktadır. Titreşim yüklemeleri, baskılı devre kartlarının ve elektronik bileşenlerin hasara uğramasına yol açabilir. Otomotiv aydınlatma sistemleri de dahil olmak üzere endüstride sıkça kullanılan baskılı devre kartların belirli test şartlarından geçmesi oldukça önemlidir. Bu çalışmanın amacı otomotiv aydınlatma sistemlerinde kullanılan baskılı devre kartları için dinamik test şartlarını dahil ederek kart üzerine yerleştirilecek bileşenleri, deneysel tasarım metodu kullanarak uygun bir şekilde dağılımını gerçekleştiren bir arayüz oluşturmaktır. Çalışmada baskılı devre kartı ve üzerindeki tüm bileşenlerin sonlu elemanlar modeli oluşturulmuş ve endüstride sıkça kullanılan dinamik test senaryosu kullanılarak fiziksel test ile korelasyonu yapılmıştır. Devre kartı üzerinde yer alan bileşenlerin pozisyonları tasarım parametresi, rastgele titreşim analizi sonrası elde edilen gerilme ve yorulma hasarı ise cevap fonksiyonu olarak belirlenmiş ve deneysel tasarım yöntemi kullanılmıştır. Çalışma sonucunda baskılı devre kart tasarımcısı, kart üzerindeki elektronik bileşen dağılımını tecrubesi yerine, test şartnamelerine uygun ve sanal/fiziksel olarak doğrulanmış analizlerin sonuçlarına göre en uygun bir şekilde seçebileceği arayüz geliştirilmiştir. Bu arayüz aynı zamanda tasarımcının PCB tasarımının yorulma hasarı açısından başarılı/başarısız kontrolü yapmasına da olanak tanımaktadır.

Printed circuit boards (PCBs) may vary in terms of the electronic components (transistor, capacitor, resistor, integrated circuit, etc.) and their layout on the circuit boards depending on the use. This situation makes it very difficult to define the design concept of the PCBs by considering certain loading conditions. Vibration loadings can cause damage on the PCBs and also on the electronic components. It is very important to take into account of certain dynamic test conditions in automotive lighting industry when designing and validating the PCB’s. The aim of this study is to take into account of the road conditions when designing PCBs used in automotive lighting systems and to create an interface that distribute the components to the appropriate locations by using the design of experimental (DoE) method. In the study, a finite element model of the PCB with all its components was created and correlated with physical testing by using the dynamic test scenario frequently used in the industry. The locations of the components on the PCB were determined as the design parameters, the stresses and fatigue damage obtained after random vibration analysis as the response functions in the DoE method. As a result, an interface has been created where the PCB designer can choose the component locations on the board based on test specifications with the virtually/physically verified analyses, rather than based on user experience. This interface also allows the designer to perform a pass/fail check of the PCB design for fatigue damage.