1.カーエレクトロニクスの定義と分類
車載用PCBとは、車載電子機器に使用されるプリント基板を指す。カーエレクトロニクスは主に2つのグループに分類される。ひとつはボディエレクトロニクス制御システム。もう1つは車載エレクトロニクス制御システムです。車体制御システムはさらに細かく分類できる。エンジン制御システム、ドアやライトのボディ制御システム、シャシー制御システムなどである。車体制御システムは、車の機械部品と電子部品をつなぐものである。エレクトロニクスが機械部品をより良く機能させるのだ。クルマのスムーズで安全な走行をサポートするのだ。.
車載エレクトロニクス・システムには、カー・マルチメディア・システム、ナビゲーション・システム、ドライブ・レコーダー、バック・パーキング・レーダーなどが含まれる。これらのシステムは、クルマを使いやすくし、エンターテインメント機能を追加します。ドライバーや同乗者のクルマの使い方を変えます。全体的なユーザー体験を向上させる。.
2.オートモーティブ・インテリジェンスが牽引する需要の拡大
自動車がよりスマートになるにつれ、車載用プリント基板の使用も増えている。信号はより速く、より高い周波数で動作します。そのため、PCBは効率的であると同時に非常に信頼性の高いものでなければなりません。.
3.車載用プリント基板の主な利点
PCBがますます使われるようになったのは、PCBには多くの強力な利点があるからだ。PCBは部品の高密度実装を可能にします。そのため、集積回路の高集積化や実装技術の向上とともに進化しています。また、信頼性も高い。多くの検査、試験、経年劣化試験により、故障することなく長期間使用することができます。最も重要な点は、PCBは組み立てられるということです。PCBは標準的な部品の実装を容易にします。自動化や大量生産に適しています。PCBを他の部品と組み合わせて、より大きなモジュールやシステム、機械全体を作ることができます。.
4.新エネルギー自動車におけるPCB需要の増加
従来の自動車に比べ、新エネルギー車はより多くの電子パネルを使用している。一方では、新エネルギー車の電子システムは、従来の内燃駆動システムよりも多くの電子制御を必要とする。一方、新エネルギー車の中核はバッテリー、モーター、電子制御である。これらの部品は、従来の自動車よりも電子部品の含有量を大幅に増加させる。これら2つの要因により、自動車が必要とするプリント基板の数は増加する。また、PCBの種類も低価格のものから高価格のものへと移行している。車載PCBの1台当たりの価値は上昇し続けている。.
自動車用プリント基板のプロセス要件
1.素材の選択
どのようなPCBでも、材料の品質は製品全体の品質に強く影響します。車載用PCBを作る場合、車の環境が材料にどのような影響を与えるかを考えなければなりません。ですから、車載用PCBには高品質の材料を選んでください。高温、低温、高圧、その他の過酷な条件に対応できる材料を選んでください。.
高Tg基板：Tg≧170℃のエポキシ樹脂を使用する。(通常のFR-4のTgは130℃前後です。)150℃では、曲げ強度は通常の基板の6分の1程度に低下します。.
ポリイミド（PI）：ターボチャージャーの近くでは、Tgが260℃までのPI基板を使用する。PIは200℃までの短期間の極限環境に対応できる。.
強度と長期安定性を考慮して素材を選ぶ。熱、湿気、化学的ストレスに強い材料を選ぶ。これらの選択は、PCBが車内で安定した電気的および機械的特性を維持するのに役立ちます。.
2.デザインルール
自動車用PCBの製造は複雑なプロセスです。適切な自動車用PCBを作るには、多くの設計ルールと製造基準に従います。PCB設計者はこれらのルールを知っていなければなりません。設計者は規格に忠実に従わなければなりません。.
一般的なプロセス上の課題、解決策、および結果の表：
| 共通の課題 | ソリューション | 結果 |
|---|---|---|
| 振動障害 | 厚肉めっきスルーホール（銅層25μm以上）、角丸加工。. | 100万回振動させても剥離しない（民生レベルの10倍）。. |
| ヒートボトルネック | 埋め込み銅ブロックとマイクロホールアレイ（穴径0.2mm以下）。. | 局所熱抵抗は35%で低下。IGBTジャンクション温度 < 125°C. |
| はんだ付けのリスク | SAC305鉛フリーはんだ（融点217℃）と金メッキパッドを使用する。. | はんだ接合強度は150℃で95%を上回る。. |
設計作業は、レイアウト、スペーシング、パッドサイズ、ビア、サーマルリリーフにも及ぶべきである。トレースの角を丸くし、ビアを適切に配置すること。メカニカルマウントホールとボードのエッジに注意する。ボードをシャーシに取り付ける部分に補強を加える。ボードが車両の振動と衝撃の要件を満たしていることを確認する。.
3.プロセスフロー
自動車用PCB製造では、標準化された一連のプロセスステップに従います。これにより、スムーズな生産サイクルが保証されます。各工程の細部に注意する。最終製品が要件を満たしていることを確認するために、主要なステップで品質チェックポイントを追加します。決められたポイントで、目視検査、寸法チェック、電気テスト、環境テストを行う。自動光学検査（AOI）、X線検査、フライング・プローブ検査などを用いて、欠陥を早期に発見する。.
4.技術開発の方向性
上記のプロセスニーズだけでなく、新たなPCB技術トレンドにも注目してください。電気自動車、先進運転支援、自動運転車がPCB技術を押し進めます。主な将来の方向性は以下の通りです：
多層基板設計：信号品質の要求が高まるにつれ、多層設計が一般的になっています。多層化することで、信号の配線や接地が容易になり、インピーダンスの制御にも役立ちます。.
高速信号伝送：自動車はより高速な情報交換を必要としている。高速信号設計はコア技術である。インピーダンスを制御し、制御された誘電体を使用し、グランドプレーンを適切に配置する。.
小型化と軽量化：車体はより小さく、より軽い部品を求める。PCBは新たなコストと安定性のニーズを満たす必要がある。より薄い基板とコンパクトな設計は、スペースと重量の節約に役立ちます。.
全体として、自動車用プリント基板には高い技術基準と工程基準が要求されます。これらのニーズを満たすためには、多くの側面を考慮する必要があります。そうして初めて、PCBの性能と品質を保証することができるのです。技術の進歩に伴い、自動車産業はよりスマートになっていきます。PCB業界も革新と改善を続けるでしょう。.
車載エレクトロニクスPCBの電源およびグラウンド配線
CDやVCDプレーヤーのようなカー・オーディオやビデオ・システムでは、多くのCMOSデジタル・デバイスやミックスド・シグナル・アナログ・デバイスが使用されている。これらのデバイスが同時に動作すると、PCB上の電源やグランドレベルが変化します。これらの変化は、信号のスパイクやオーバーシュート、減衰発振につながります。.
適切な電源配線レイアウトは、線路やインピーダンスに起因する電圧降下や高周波の電磁変換ノイズを低減することを目的としている。中間が細く、両端が太いパワートレースは設計しないでください。このパターンは大きな電圧降下の原因となります。急カーブではなく、半径の大きなベンドを使用する。丸みを帯びた円弧形状の方が良い。可能な限りビアを大きくする。可能であれば、ビアの近くにフィルターコンデンサーを追加する。.
グラウンド配線は、主に2つの点で電磁両立性（EMC）に役立ちます。第一に、グラウンドは信号ループの面積を減らします。これにより放射が減少し、干渉に対する耐性が向上します。第二に、グラウンドはトレースや回路間のクロストークを低減します。接地は、電磁エネルギーを発生源に戻す良いリターンパスを与えます。これにより、エネルギーが保護導体に到達するのを防ぎます。.
PCBトレースの特性インピーダンスは、干渉に対する基板のイミュニティに直接影響する。低い抵抗は共通インピーダンスを減少させ、グランドライン干渉を減少させる。.
基板を機能ゾーンに分割する。各ゾーンのグラウンドラインを並列につなぎ、1点に結ぶ。ボードに複数の回路ユニットがある場合、各ユニットに独立したグランド・リターン・ループを与える。その後、各ユニットを1つの共通接地点に接続する。これにより、あるユニットのグラウンド電流が他のユニットに流れ込まない。相互のクロストークを避けることができる。.
電源とグランドのトレース幅はできるだけ広くしてください。0.5mmピッチのデバイスの場合、トレース幅は0.3mm（12mil）以下にしてください。ミックスドシグナル・ボードでは、デジタル・グラウンドとアナログ・グラウンドを分離してください。そうしないと、電磁放射や信号のクロストークが急増します。これはEMC問題を引き起こす。そのため、デジタル回路とアナログ回路を異なるゾーンに配置してレイアウトや配線を行ってください。.
車載PCBにおける信号配線
自動車ではワイヤーの束が一般的だ。異なる電圧レベル、電流サイズ、方向が一緒に束ねられる。デリケートなコンポーネントの配置が悪かったり、低品質のコンポーネントは、電磁干渉（EMI）を引き起こす可能性があります。信号の配線が悪いとノイズの原因になります。信号をレイアウトする際は、以下のルールに注意してください：
信号トレースの急激なインピーダンス変化を避ける。.
信号ループのサイズを小さくし、放射を削減する。.
隣接する信号層のトレースが互いに直交していることを確認する。.
高速デジタルと低レベルアナログ信号トレースは、グランドプレーンの隣に配置する。低速および高レベルのアナログトレースは、より離れたレイヤーに配置する。.
入出力ラインの並列配線は避ける。フィードバックカップリングが減少します。.
高速信号には差動ペアルーティングを使う。その方が電磁波の放射が少なくなります。.
新エネルギー自動車におけるFPCの応用
1.従来の銅ワイヤーハーネスの限界
コレクター・ラインは、新エネルギー車のBMS（バッテリー管理システム）に不可欠な部品である。パワー・バッテリー・セルのセル電圧と温度を監視する。データ収集と伝送を接続し、多くの場合、過電流保護機能を備えています。バッテリーセルを保護し、短絡時には自動的に切断します。.
以前は、バッテリー・コレクターの配線には従来の銅線ハーネスが使われていた。それぞれのハーネスはプラスチックで絶縁された銅線を使用していた。多くの電流信号が存在する場合、多くのハーネスが必要だった。これはスペースを取る。パックの組み立て工程では、作業員が手作業でハーネスの端をバッテリーパックに固定していた。これでは自動化が進まない。.
2.FPCの利点と詳細
銅ハーネスに比べ、FPC（フレキシブルプリント基板）には利点がある。それらは高度に統合され、非常に薄く、非常に柔軟である。これらの特徴は、安全性、軽量性、すっきりとしたレイアウトに役立ちます。また、FPCは薄く、バッテリーパックにカスタムフィットさせることができる。組み立ての際、ロボットアームがFPCをピッキングし、バッテリーパックに直接配置することができます。これにより自動化が容易になり、大量生産にも対応できる。FPCは明らかに銅ハーネスに取って代わる傾向にある。.
利点と詳細
安全性能：FPCは金属箔を使ってバスバーに接続する。ヒューズ保護設計を含むことができます。これにより、高速信号経路が確保される。ショートが発生すると、FPCのヒューズが溶けてラインを切断します。これにより、バッテリーパックの他の部分における火災や爆発を防ぐことができます。.
軽量：ワイヤーハーネスや信号収集に使用される一部のPCBに比べ、FPCは省スペースで重量も軽い。.
プロセスの柔軟性：FPCは多くの手作業によるコネクター工程を削除します。超音波溶接、はんだ付け、その他のプロセスが可能です。厚さは、回路面積が0.34mm、NTC面積が2mmです。90°または180°曲げることができます。これらの特徴は、設計の自由度を高めます。.
自動化された生産：FPCは規則的な形状で、集積度が高い。手作業による配線を減らすことができます。機械的な大量生産に適しています。組立時間と労力を大幅に削減できます。バッテリーパック組立の自動化をサポートします。.
自動車用PCB市場
1.市場促進要因と主な認証
近年、新エネルギー自動車の台頭がPCB業界の成長を牽引している。PCBは電子部品の構造基盤である。電源制御、安全制御、ボディエレクトロニクス、インフォテインメントシステムなどで重要な役割を果たしている。.
新エネルギー自動車は、従来の燃料自動車よりも多くの電子制御を必要とします。電動化、インテリジェンス、ネットワーク接続などのトレンドは、ハイエンドの自動車用PCBに対する需要を増加させる。この需要には厳しい信頼性要件があります。多くの場合、PCBは長いテストに合格しなければなりません。部品がサプライヤーの承認を得るまで、テストは1年から3年に及ぶこともあります。.
カーエレクトロニクス業界は、自動車グレードの製品に対して厳しい基準を設けています。主な認証にはAEC-Q100、IPC-6011、IATF16949などがあります。これらの規格は参入障壁を高め、適格なPCBサプライヤーに技術的な堀を作ります。.
世界の自動車用PCB市場は成長を続けている。新エネルギー車の採用が重要な推進力となっている。電気自動車の世界的なリーダーとして、テスラは1台当たり大量のPCBを使用しています。テスラモデルシリーズでは、インバータ部品とBMSが多くのPCBを使用しています。そのため、車1台当たりのPCB使用量が増加しています。.
電動化とインテリジェンスのトレンドが市場を後押しし続けるだろう。アジア太平洋地域と中国は引き続き力強い成長を遂げるだろう。中国の国内メーカーは、世界市場においてまだ成長の余地がある。.
2.車載用プリント基板の種類
車載PCBには、多層PCB、フレキシブルPCB（FPC）、HDI基板（高密度相互接続）、高周波PCBなどがあります。それぞれのタイプには異なる材料と用途があります。それぞれ異なるシナリオで役割を果たします。.
3.市場データとトレンド
市場の数字と傾向（業界データからの要約）：
予測によると、世界の自動車用PCB市場は2022年に$88.4億ドルであった。2030年には$133.9億ドルに達すると予想されている。年平均成長率（CAGR）は5.6%である。.
アジア太平洋地域では、2021年の市場規模は14.2億ドルであった。2022年には1TP4.83億ドルに上昇した。.
新エネルギー車の成長はPCB需要を促進する主な要因である。2019年の単車PCB値はおおよそ、ローエンド車$30-40、ミッドレンジ車$50-70、ハイエンド車$100-150。電動化やその他のトレンドにより、車載PCB単価は急上昇するはずだ。ある予測によると、世界の自動車用PCB市場は2028年までに$124.8億ドルに達すると予測されている。2020年から2028年までのCAGRは約5.3%である。.
別の予測では、世界の新エネルギー車用PCB市場規模は2025年までに300億9500万人民元に達すると推定されている。そのCAGRは従来の燃料車よりもはるかに高い。対照的に、伝統的な燃料車用PCB市場は2025年までに約329億2500万人民元に落ち込むと予想された。.
車載PCB需要は多層基板とHDIハイエンド分野に集中している。市場競争は中・低価格帯でより激しい。.
自動車市場におけるPCBタイプのシェアに関するJycircuitboardのデータが示している：
1-2層PCB: 26.93%
4層PCB: 25.70%
6層PCB: 17.37%
8-16層PCB3.49%
HDIボード9.56%
FPC（フレキシブルプリント基板）：14.57%
IC基板：2.38%
これらの数字は、多層基板が車載エレクトロニクスの主なニーズであることを示している。HDIとFPCはハイエンド・アプリケーションで重要な役割を担っている。.
クロージング・サマリー
自動車用プリント基板は厳しい技術的ニーズに直面しています。適切な材料を選択する必要があります。厳しい設計ルールに従わなければなりません。管理された製造工程と厳格なテストを行う必要があります。電源とグラウンドの配線、適切な信号配線に注力しなければなりません。FPCはバッテリーシステムでより一般的になってきています。この市場は、自動車の電動化とインテリジェンスに伴って拡大しています。高信頼性、多層、HDI、FPC基板が強く求められるようになるでしょう。メーカーは規格とテストサイクルを満たす必要がある。そうすることで、サプライヤーは成長する自動車市場の一翼を担うことができる。.