< img src="https://mc.yandex.ru/watch/96881261" style="位置:絶対; 左:-9999px;" alt="" />

新エネルギー自動車 PCB アセンブリ: 今後の道をナビゲートする

概要

自動車業界は大きな変革期を迎えています。従来の燃料車は徐々に電気自動車 (EV) に置き換えられつつあります。この変化は、よりクリーンで持続可能な輸送手段の必要性によって推進されています。電気自動車には、排出量の削減、燃料費の削減、静かな運転など、数多くの利点があります。

これらの電気自動車の心臓部はプリント回路基板 (PCB) です。これらの重要な部品は、新エネルギー自動車の動作に不可欠です。PCB は車両の電子システムのバックボーンとして機能し、バッテリー管理からモーター制御まですべてを可能にします。高度な PCB がなければ、EV の複雑な電子機器は機能しません。

この記事は、新エネルギー自動車の PCB アセンブリの世界を深く掘り下げることを目的としています。電気自動車で使用されるさまざまな種類の PCB、それぞれの独自の機能、そして重要な役割について説明します。

自動車業界の専門家、EV 愛好家、あるいは単に電気自動車の技術に興味がある人にとって、この記事は詳細かつ貴重な洞察を提供します。

内部の電子機器が強調表示された車のグラフィック

新エネルギー車のPCBを理解する

プリント回路基板 (PCB) は、自動車の電子システムの基盤です。電気自動車 (EV) では、さらに重要な役割を果たします。しかし、PCB とは何でしょうか。また、なぜ新エネルギー自動車に不可欠なのでしょうか。

PCB は、車両内のすべての電子部品を保持して接続する基板です。PCB は、これらの部品間で電気信号を伝達し、車両がスムーズに作動できるようにします。従来の燃料車では、エンジン制御、照明システム、エンターテイメント システムなど、さまざまな機能に PCB が使用されています。しかし、電気自動車では、その役割ははるかに広範囲かつ重要です。

電気自動車におけるPCBの重要性

EV では、PCB が従来の車両には存在しない複雑な電子システムを管理しています。これには、バッテリー管理システム、モーター コントローラー、充電システムなどが含まれます。高度な PCB がなければ、電気自動車は効率的かつ安全に機能しません。

従来の車両用PCBと新エネルギー車両用PCBの比較

従来の自動車の PCB は、より低い電力要件でより単純なタスクを処理するように設計されています。燃料噴射、ブレーキ システム、車内エンターテイメントなどの機能を管理します。これらのボードは、熱や振動への暴露を含む燃料ベースの自動車の条件に耐えられるように構築されています。

対照的に、新エネルギー車の PCB は、より高い電力とより複雑なタスク向けに設計されています。バッテリーを管理し、電動モーターを制御し、効率的なエネルギー分配を確保する必要があります。これらの PCB は、増加する電気負荷に対応するために多層構造になっていることが多く、高温とより厳しい動作条件に耐えられる材料で作られています。

車の内部部品と配線の図

新エネルギー車の主要コンポーネント

電気自動車 (EV) には、効率的な動作を保証する独自のコンポーネントがいくつかあります。主なコンポーネントは次のとおりです。

  1. オンボード充電器: このコンバーターは、充電ステーションからの AC を DC に変換し、車両のバッテリーを安全かつ効率的に充電します。
  2. 電源バッテリー: EV の心臓部であり、すべてのシステムに電力を供給します。その容量によって車両の走行距離が決まります。
  3. エネルギー貯蔵: 後で使用するために電気を蓄え、車両のシステムへの安定した電力供給を維持します。
  4. 配電: このシステムは、バッテリーから車両のさまざまな部分に電気を分配し、すべてのシステムが正しく機能することを保証します。
  5. 駆動モーター: 電気エネルギーを機械エネルギーに変換し、高い効率と瞬時のトルクで車両を推進します。
  6. スピードコントローラー: 駆動モーターに供給される電力を制御することで車両の速度を調整し、スムーズな加速と減速を実現します。

新エネルギー車の主電源制御システム

電気自動車 (EV) は、その動作を効率的に管理するために高度な電力制御システムに依存しています。これらのシステムには、車両制御ユニット (VCU)、モーター制御ユニット (MCU)、およびバッテリー管理システム (BMS) が含まれます。各システムは、その機能にとって重要な PCB 上に構築されています。

車両制御ユニット (VCU)

車両制御ユニット (VCU) は電気自動車の頭脳であり、車両全体の動作を監視および管理します。

機能

  • 監督: VCU は車両のシステムを監視し、正しく動作することを確認します。
  • 意思決定: バッテリーからいつ電力を引き出すか、さまざまなコンポーネントに電力をどのように分配するかなど、電力制御システムにとって重要な決定を下します。
  • 調整: VCU は、MCU や BMS などの他の制御ユニットと連携して、シームレスな操作を保証します。

PCB 要件

  • サイズ: VCU の PCB は比較的コンパクトで、約 0.03 平方メートルです。
  • コンポーネント: 制御回路とアルゴリズム ソフトウェアが含まれており、複雑な機能を処理するには堅牢で信頼性の高い PCB 設計が必要です。

モーター制御ユニット (MCU)

モーター制御ユニット (MCU) は VCU と緊密に連携して車両の電気モーターを管理します。

機能

  • 規制: MCU は VCU からの指示に基づいて電動モーターの動作を制御します。
  • パワー管理: モーターへの電力供給を制御し、効率的なエネルギー使用を実現します。
  • 電流制御: MCU は、バッテリーからの DC 電力を電気モーターに必要な AC 電力に変換し、電流の流れを管理してパフォーマンスを最適化します。

PCB 要件

  • サイズ: MCU の PCB は VCU の PCB よりも大きく、約 0.15 平方メートルです。
  • コンポーネント: 高電力負荷と精密なモーター制御に対応するように設計された制御回路とアルゴリズム ソフトウェアが含まれています。

バッテリー管理システム (BMS)

バッテリー管理システム (BMS) は、車両のバッテリーの健全性と効率性にとって不可欠です。

機能

  • 監視: BMS は、バッテリーの電圧、電流、充電状態 (SOC) を監視します。
  • 保護: 充電と放電のサイクルを管理することで、バッテリーを損傷から保護します。
  • バランス調整: BMS はすべてのバッテリーセルのバランスを取り、過充電や過放電を防止します。

ハードウェアコンポーネント

  • バッテリー制御ユニット (BCU): BCU はリレーの動作を制御し、SOC を推定し、電気的保護を提供します。
  • バッテリー監視ユニット (BMU): BMU は電圧データとバッテリー電流を監視し、バランスと安全性を確保します。

PCB 要件

  • サイズ: BMS の PCB はさまざまで、メイン制御ユニットには約 0.24 平方メートルが必要で、他のコンポーネント用に追加の層が必要になります。
  • 複雑: BMS PCB は通常、バッテリー システムに必要な複雑な監視および管理機能を処理するために多層構造になっています。

新エネルギー車PCBの応用

新エネルギー車のプリント回路基板 (PCB) は、さまざまな用途に不可欠です。これらの基板はさまざまな電子システムを制御し、車両が効率的かつ安全に動作することを保証します。新エネルギー車の PCB の主な用途は次のとおりです。

新エネルギー車両PCBの応用

ブレーキシステム

PCB は電気自動車のブレーキ システムで重要な役割を果たします。PCB は電子ブレーキ システムを制御し、迅速かつ効率的な応答時間を確保します。これは車両の安全性と性能にとって非常に重要です。高度なブレーキ システムでは、PCB を使用してブレーキ圧力と力の配分を監視および管理します。

エンジン制御

電気自動車のエンジン制御システムは、従来の自動車のものと異なります。PCB は電気モーターを管理し、スムーズかつ効率的に動作するようにしています。モーターへの電力供給を制御し、モーターのパフォーマンスを監視し、車両のニーズに基づいて動作を調整します。これにより、車両のパフォーマンスとエネルギー消費が最適化されます。

LED照明システム

LED 照明は、その効率性と耐久性から、現代の自動車では一般的に使用されています。これらの照明システムの制御には、PCB が不可欠です。PCB は LED への電源供給を管理し、一貫性と信頼性のある照明を確保します。また、PCB は、運転状況に基づいて照明の明るさと方向を調整するアダプティブ照明などの高度な機能も可能にします。

電子制御ユニット (ECU)

電子制御ユニット (ECU) は、車両内のさまざまな電子システムを制御します。PCB はこれらのユニットに不可欠なもので、必要な回路と接続を提供します。ECU はエンジン性能から車両の安定性まですべてを管理するため、PCB は車両の全体的な機能を確保する上で重要なコンポーネントとなります。

電子制御ロジック (ECL) モジュール

ECL モジュールは、車両内の複雑なロジック操作を管理する特殊なユニットです。これらのモジュールの PCB は、これらの操作に必要な複雑な電子経路を処理します。これにより、車両のシステムが効果的に通信し、意図したとおりに動作することが保証されます。これは、現代の電気自動車に搭載されている高度な機能にとって不可欠です。

GPSナビゲーションシステム

GPS ナビゲーション システムは、リアルタイムの位置情報とナビゲーション支援を提供する、現代の自動車に欠かせないものです。これらのシステムの PCB は、GPS 機能の処理と通信タスクを管理します。これにより、正確で信頼性の高いナビゲーションが実現し、運転体験と安全性が向上します。

車両モニター

車両モニターは、車両の状態と性能に関する重要な情報を提供します。これらのモニターの PCB は、データの収集と表示プロセスを管理します。これにより、ドライバーは車両の状態、バッテリーの状態、その他の重要なパラメータに関する正確でタイムリーな情報を受け取ることができます。

レーダーシステム

電気自動車では、先進運転支援システム (ADAS) や自動運転機能にレーダー システムを使用するケースが増えています。これらのシステムの PCB はレーダー信号の処理を担当し、衝突検出、車線維持支援、アダプティブ クルーズ コントロールなどの機能を実現します。これにより、レーダー システムが正確かつ確実に機能することが保証されます。

新エネルギー車用PCBのユニークな特徴

新エネルギー車両 PCB は、電気自動車の特定の要求を満たすように設計されています。主な特徴は次のとおりです。

  1. 高温耐性: 電気自動車は大量の熱を発生します。これらの PCB は高温に耐えられる材料で作られており、安定した動作を保証し、過熱を防ぎます。
  2. 多様な環境における信頼性: 電気自動車は、極寒から猛暑まで、さまざまな条件下で動作します。これらの PCB は耐久性のある素材で作られており、環境に関係なく確実に動作し、車両の寿命と信頼性を保証します。
  3. 汚れ耐性: 車には電子システムに影響を及ぼす可能性のある埃や汚れが付着します。これらの PCB は汚れに強く、短絡を防ぐためにコーティングまたはラミネート加工されており、車の耐久性と信頼性を高めています。

新エネルギー自動車用PCBアセンブリ用材料と技術

新エネルギー車 (NEV) の急速な進化には、より高い性能、信頼性、効率の基準を満たす PCB アセンブリにおける革新的な材料と技術が必要です。

NEV PCB アセンブリ用材料

  1. 高周波ラミネート: これらは、レーダー、GPS、その他の通信システムなど、高周波での信号損失を最小限に抑える必要があるアプリケーションに不可欠です。Rogers、テフロン、FR-4 高速バリアントなどの材料は、優れた誘電特性と低い吸湿性により人気があります。
  2. メタルコアおよび厚銅 PCB: メタル コア PCB (MCPCB) と厚銅 PCB は、パワー エレクトロニクスや、効率的な放熱と高電流処理を必要とするアプリケーションに適しています。MCPCB の基板材料にはアルミニウムと銅が使用され、熱性能とコスト効率のバランスが取れています。
  3. 熱伝導性材料: NEV の熱問題を管理するために、セラミック充填積層板などの熱伝導率の高い材料が使用されます。これらの材料は熱を効果的に放散し、敏感なコンポーネントを熱損傷から保護します。
  4. フレキシブルおよびリジッドフレックス素材: ポリイミドは、その優れた電気特性、柔軟性、熱安定性により、フレキシブルおよびリジッドフレックス PCB に広く使用されています。これらの PCB は、スペースに制約のあるアプリケーションや、カメラ、センサー、ワイヤー ハーネスの交換など、移動や曲げが必要な場合に非常に重要です。
多層厚銅 PCB 基板のクローズアップ

NEV基板実装技術

  1. 高密度相互接続 (HDI) テクノロジー: HDI PCB は、従来の PCB よりも細い線とスペース、より小さなビア、およびより高い接続パッド密度を特徴としています。この技術により、NEV の高密度に詰め込まれた電子環境に不可欠な、よりコンパクトで軽量、かつ効率的な設計が可能になります。
  2. 表面仕上げ技術: 表面仕上げの選択は、自動車アプリケーションにおける PCB の信頼性と寿命に大きな影響を与えます。無電解ニッケル浸漬金 (ENIG)、浸漬銀 (Ag)、および有機はんだ付け性保存剤 (OSP) が好ましい仕上げ材です。表面の平坦性、はんだ付け性、耐酸化性に優れています。
  3. 組み込みコンポーネント技術: PCB 基板内に受動部品を埋め込むと、表面の乱雑さが軽減され、電磁干渉 (EMI) が低減され、熱管理が改善されます。この技術は、コンパクトで効率的なパワー エレクトロニクス モジュールを作成する場合に特に有益です。
  4. 高度な組み立て技術: 表面実装技術 (SMT) は依然として PCB アセンブリの基礎ですが、パッケージ オン パッケージ (PoP)、システム イン パッケージ (SiP)、シリコン貫通ビア (TSV) などの進歩の使用が増えています。これらの技術により、NEV 内の複雑なシステムに不可欠な、より高い統合レベル、より優れたパフォーマンス、より小さなフォームファクタが可能になります。
  5. プロトタイピングと製造のための 3D プリント: 付加製造または 3D プリントは、PCB の試作と製造に革命をもたらします。設計の柔軟性が高く、複雑な多層 PCB の迅速な試作が可能になります。このテクノロジーにより、開発プロセスが加速され、従来の製造方法では実現できないカスタマイズが可能になります。

新エネルギー車用PCBの設計と試作プロセス

新エネルギー車用の PCB の作成には、いくつかの細心の注意を要するステップが含まれます。各ステップで、PCB が効率性と信頼性に優れたパフォーマンスに関する高い基準を満たしていることが保証されます。設計と試作プロセスの概要は次のとおりです。

さまざまな電子部品を搭載した緑色の回路基板

仕様の決定

最初のステップは、PCB の仕様を定義することです。これには、いくつかの重要な要素が含まれます。

  • 板厚: 車両の要件に基づいて適切な厚さを決定します。
  • レイヤー数: 複雑な回路を処理するために PCB に必要な層数を決定します。
  • 材料の種類: 特定の用途に合わせて FR-4 や高周波材料などの材料を選択します。
  • インピーダンス要件: 安定した信号伝送に必要な電気インピーダンスを PCB が処理できることを確認します。
  • 仕上げオプション: PCB を保護するには、HASL (ホットエアーはんだレベリング) や ENIG (無電解ニッケル浸漬金) などの仕上げを選択します。
  • 穴のサイズと間隔のパラメータ: コンポーネントの配置と電気接続に合わせてビアと間隔の寸法を設定します。

設計エラーのチェック

仕様が決まったら、次のステップは、専用の設計ソフトウェアを使用して PCB レイアウトを作成することです。このフェーズでは、次の作業が行われます。

  • 設計ルールチェック (DRC): ソフトウェアはレイアウトを設計ルールに照らし合わせてチェックし、間隔や配置の問題を特定します。
  • 電気ルールチェック (ERC): 電気接続が設計要件を満たしていることを確認し、短絡やその他の電気的な問題を防止します。

ガーバーファイルの生成

設計が完成し、エラーがなくなると、Gerber ファイルが生成されます。これらのファイルは次のとおりです。

  • 業界標準: Gerber ファイルには、銅層、はんだマスク、シルクスクリーン、ドリル穴など、PCB 設計の詳細な説明が記載されています。
  • 製造業に必須: これらのファイルは、製造業者が設計仕様に従って PCB を正確に製造するためのガイドとなります。

スタックアップドキュメントの作成

多層 PCB の場合、スタックアップ ドキュメントの作成が重要です。これらのドキュメントには次の特徴があります。

  • レイヤーの配置を定義します。 信号層、電源プレーン、グランドプレーンなどの PCB 層の順序と配置を指定します。
  • 信号の整合性を維持: これにより、インピーダンスを制御し、PCB のパフォーマンスにとって重要な機械的安定性を確保できます。

プロトタイプ製造

設計とスタックアップ ドキュメントの準備ができたら、プロトタイプの製造プロセスが始まります。これには次の作業が含まれます。

  • 減算プロセス: 基板から不要な銅をエッチングして除去し、必要な回路パターンを作成します。
  • 表面仕上げ: HASL や ENIG などの仕上げを施すと、銅のトレースが保護され、良好なはんだ付け性が確保されます。

PCBアセンブリとテスト

プロトタイプボードが製造されると、コンポーネントが PCB 上に組み立てられます。このプロセスには次のものが含まれます。

  • 表面実装技術 (SMT): 部品を PCB の表面に直接配置してはんだ付けします。
  • スルーホールテクノロジー (THT): PCB の穴に部品を挿入し、反対側にはんだ付けします。
  • 厳格なテスト: 機能テストとコンプライアンス テストを実行して、PCB が意図したとおりに動作し、すべての仕様を満たしていることを確認します。

反復的な設計の改良

テスト中に問題が見つかった場合は、設計が改良されます。この手順には次の内容が含まれます。

  • 特定された問題への対処: テスト結果に基づいて設計に必要な修正を加えます。
  • パフォーマンスの最適化: PCB のパフォーマンスと信頼性を向上させるために、設計を継続的に改善します。

これらの詳細な手順に従うことで、メーカーは新エネルギー車の PCB が最高水準を満たすように設計、試作、検証されることを保証できます。この綿密なプロセスは、電気自動車の高度な電子システムをサポートする信頼性の高い高性能の PCB を作成するために不可欠です。

結論

プリント回路基板 (PCB) は、新エネルギー車の機能にとって極めて重要です。PCB は、電気自動車 (EV) の動作に必要な複雑な電子システムを管理および制御します。車両制御ユニット (VCU) やモーター制御ユニット (MCU) からバッテリー管理システム (BMS) まで、PCB は車両のすべての部分がシームレスに動作することを保証します。

新エネルギー自動車用 PCB の将来は有望です。電気自動車の需要が高まり続ける中、PCB 技術の進歩により、電気自動車の効率と信頼性がさらに向上します。材料と製造プロセスの革新により、さらに堅牢で高性能な PCB が実現し、電気自動車の進化をサポートします。

PCB プロジェクトを新たな高みに引き上げる準備はできていますか?

GlobalwellPCBA では、単なる PCB アセンブリと製造の専門家ではありません。私たちは革新と成功のパートナーです。

品質、効率性、比類のない顧客サービスに対する当社の取り組みは、さまざまな業界にわたる無数のプロジェクトをサポートし、最高水準で目標を達成することを保証してきました。

PCB の問題によって作業が遅れないようにしてください。軍事、医療、電力、商業などの分野を問わず、当社の経験豊富なチームがお客様固有のニーズに合わせたソリューションを提供します。

ラピッドプロトタイピングから大量生産まで、当社はお客様のアイデアを正確かつ迅速に実現するための専門知識と能力を備えています。

今すぐカスタム見積もりを入手してください!

PCB/PCBA/OEM が必要ですか?今すぐ無料見積もりを入手してください!

jaJapanese