RD 必備知識：電動車需要哪些 PCB？從 BMS 到 ADAS 的選板指南

電動車 PCB 設計分區指南：BMS、逆變器、OBC 與 ADAS 的關鍵要求

一、BMS：低雜訊量測與高壓隔離必須同時成立

電池管理系統（Battery Management System，BMS）負責單體電壓與溫度監測、電流量測、電量估算、電池平衡、接觸器控制及故障保護。 BMS 電路常同時包含低電位差的類比量測、高壓電池串列與車內通訊。Layout 若沒有清楚劃分高壓、低壓、類比、數位與通訊區域，開關雜訊可能進入量測路徑，影響電壓或電流判讀。

設計時應優先確認：

• 高壓與低壓區域的爬電距離及電氣間隙；
• 隔離元件兩側是否維持完整隔離邊界；
• Cell sensing 線路是否遠離開關節點；
• 電流感測路徑是否採用適當的 Kelvin connection；
• CAN、CAN FD 或 isoSPI 等介面是否具備連續回流路徑；
• 防潮、污染等級與實際工作環境是否納入評估。

BMS 不一定需要整板厚銅。高電流區、接觸器控制與主電流量測區域，和低電流的電池監控區域，往往需要不同的導體及散熱策略。

二、牽引逆變器：PCB 的重點是閘極控制，不是取代功率匯流排

牽引逆變器將電池直流電轉換成馬達所需的交流電。SiC MOSFET 與 IGBT 等功率元件在高速切換時，會產生高 dv/dt、di/dt、共模雜訊及局部熱負載。

主功率電流通常由功率模組、Busbar、DBC 陶瓷基板或其他專用結構承擔；控制 PCB 則負責閘極驅動、電流與溫度感測、保護及通訊。不能因為應用屬於高功率，就假設所有電流都應透過一般 PCB 銅箔傳輸。

閘極驅動板需要注意：

• Gate loop 與 power loop 面積；
• 驅動器與功率元件之間的距離；
• Kelvin source／emitter 回路；
• 高 dv/dt 節點與控制訊號之間的耦合；
• 隔離電源與訊號隔離器的耐壓配置；
• 功率元件、散熱器及 PCB 間的寄生電容；
• 溫度循環造成的焊點與鍍通孔疲勞。

若忽略寄生參數，即使原理圖功能正確，也可能出現誤導通、過衝、振鈴或電磁干擾問題。

三、OBC 與 DC-DC：高壓、磁性元件與熱源集中在同一空間

車載充電器（On-Board Charger，OBC）負責將外部交流電轉為電池所需的直流電；DC-DC 轉換器則在高壓電池與 12 V 或 48 V 系統之間轉換電能。 這類產品同時包含功率因數校正、變壓器或電感、高頻切換元件、整流與控制電路，PCB 必須兼顧：

• 高壓爬電距離與電氣間隙；
• 大電流導體的溫升；
• 磁性元件與功率半導體的散熱；
• 一次側與二次側的隔離；
• 開關節點對控制及通訊線路的 EMI 影響；
• 塗覆、開槽或其他絕緣策略；
• 熱循環與振動環境下的機械可靠度。

爬電距離及電氣間隙不能只依工作電壓決定。材料群組、污染等級、海拔、瞬態電壓、塗覆條件及適用安全規範都可能改變要求。

四、PDU 與高電流控制：厚銅不是唯一答案

電源分配單元（Power Distribution Unit，PDU）負責高壓配電、保護、預充電與接觸器控制。部分設計會使用厚銅 PCB，但當電流持續提高，Busbar、銅嵌塊或混合式功率板可能比單純增加整板銅厚更合適。

提高銅厚會增加載流與擴散熱量的能力，也會帶來新的 DFM 代價：

• 細線蝕刻能力下降；
• 線寬與線距補償增加；
• 介電層填膠與壓合難度提高；
• 鍍通孔及不同銅厚區域的熱應力改變；
• SMT 焊接時的熱容量增加；
• 板彎、板翹及銅分布平衡更難控制。

因此，厚銅規格應由電流波形、允許溫升、銅箔散熱條件、環境溫度及故障持續時間共同決定，不能只用電流數字套用固定銅厚。

五、ADAS 與車載通訊：從電流問題轉向訊號完整性

攝影機、雷達、LiDAR、中央運算與網路閘道器面對的主要問題，不再是大電流，而是高資料率、低延遲與電磁相容性。 這類模組可能採用多層板、HDI、軟硬複合板或低損耗材料，以支援 Automotive Ethernet、SerDes、MIPI、LVDS、CAN FD 與 RF 訊號。

設計重點包括：

• 差動對阻抗與線長配對；
• 參考平面的連續性；
• 連接器、過孔與支線造成的阻抗不連續；
• 高速訊號與開關電源區域的隔離；
• 雷達 RF 區域的材料 Dk、Df 與銅箔粗糙度；
• 攝影機或感測模組的尺寸、重量及振動限制；
• ESD、瞬態干擾與車載 EMC 條件。

不是所有 ADAS 板都需要 PTFE。材料應依實際頻率、插入損耗預算、溫度穩定性、加工性與成本選擇，而不是只看「高頻材料」標籤。

六、軟板與軟硬複合板：減少連接器，也帶來新的機械風險

軟板與軟硬複合板可配合狹窄或不規則空間，減少部分線束與連接器，也常見於電池模組、攝影機、顯示器及感測器互連。

但柔性結構並不代表可以任意彎折。設計仍須確認：

• 彎折是一次安裝還是動態循環；
• 彎曲半徑與銅箔方向；
• Coverlay 開口與焊墊應力；
• 軟硬交界區是否放置過孔、焊墊或銳角線路；
• 補強板、連接器與固定點的位置；
• 組裝公差與實際彎折路徑。

若機構、Layout 與板廠沒有在前期共同確認，軟硬交界處可能成為銅裂、分層或應力集中的位置。

七、不同 EV 子系統需要不同 PCB 路線

| EV 子系統 | 主要工程挑戰 | 常見 PCB／基板方向 | | :--- | :--- | :--- | | BMS | 精密量測、高壓隔離、通訊可靠度 | 多層板、局部高電流設計、軟板互連 | | 牽引逆變器 | 高 dv/dt、閘極迴路、散熱 | 控制板、IMS、DBC 或混合式功率結構 | | OBC／DC-DC | 高壓、高頻切換、熱與 EMI | 高 Tg 多層板、厚銅、IMS、混合結構 | | PDU | 高電流配電與故障保護 | 厚銅、Busbar、銅嵌塊或功率複合板 | | ADAS | 高速訊號、高密度與低延遲 | HDI、低損耗多層板、RF 材料 | | 攝影機／感測器 | 小型化、振動與空間限制 | HDI、軟板、軟硬複合板 | | 車載通訊 | 阻抗、EMC 與介面完整性 | 受控阻抗多層板、局部低損耗材料 |

這些分類只是架構起點，不是固定答案。同一子系統也可能由控制板、功率模組、感測板與連接板共同組成。

八、EV PCB 投板前的工程檢查表

在選定材料與疊構前，建議由電路、Layout、機構、熱設計、功能安全及製造團隊共同確認：

• 工作電壓、瞬態電壓與隔離邊界；
• 連續、峰值及故障電流；
• 環境溫度、接面溫度與允許溫升；
• 冷卻方式及實際散熱路徑；
• 高速介面的損耗與阻抗預算；
• 振動、機械固定與板彎條件；
• 濕氣、污染、腐蝕及塗覆需求；
• 材料 Tg、CTE、耐 CAF 與分層風險；
• 可測試性、可追溯性及失效分析需求；
• OEM、Tier 1 與終端市場要求的適用標準。

IPC-A-610 可作為電子組裝驗收要求的一部分；AEC-Q100 主要針對積體電路的應力測試資格；ISO 26262 則處理道路車輛的功能安全生命週期。三者適用對象不同，不能混用，也不能用單一標準宣稱整張 PCB 已具備完整車規資格。

結論：電動車需要的不是一種高階板，而是一組正確匹配的 PCB

電動車 PCB 的難度，來自多種極端條件同時存在：高壓、大電流、高速訊號、熱循環、振動與長期可靠度。然而，每一張板不需要同時採用所有高階技術。

好的設計，是讓 BMS、逆變器、OBC、PDU、ADAS 與通訊模組分別採用符合其風險的材料及結構，並在設計初期完成隔離、熱、訊號、機械與製造條件的交叉檢查。

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