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自動車エレクトロニクスおよび自動車用PCBの発展動向

コンピュータ、通信、コンシューマなどの従来のエレクトロニクス分野およびその応用に関する統計によれば、それらは飽和状態に近づきつつあります。高い成長率で伸びてきたと見なされていたスマートフォンでさえ、減少に苦しんでいます。しかし、自動車エレクトロニクスは例外です。


自動車用エレクトロニクスの急速な拡大を牽引している主な要因は、車両に搭載される電子機器への需要の高まりであり、その範囲は、マニュアルシフトからオートマチックシフト、FMラジオからビデオプレーヤー、エアコン、パワーウィンドウ、エンジン制御、クルーズコントロール、エアバッグ、GPS、LED照明、自動速度・車間距離制御、ドライブレコーダー、さらには自動運転車にまで及んでいる。


自動車用電子機器は非常に幅広い用途で構成されており、電子デバイスは車両のあらゆる部分に適用されています。従来型の電子セクションに加えて、自動車用電子機器には、デジタル制御コンピュータシステム、車載モバイル通信機器、車載オーディオシステム、ビデオシステム、エアコンなども含まれます。これらすべてのシステムの性能および機能の実現はPCB(プリント基板)に依存しており、その信頼性が最終的には自動車の性能に寄与し、場合によってはそれを左右します。


自動車電子技術の発展動向

自動車用電子システムの市場シェアは、2019年に6.3%増加し、2017年から2021年の期間におけるCAGR(年平均成長率)は6.4%に達すると推定されており、他の電子システムよりも高いスピードで成長している。また、全電子機器市場における自動車用電子機器の市場シェアは年々増加しており、2017年の9.1%から2021年には9.9%に達すると見込まれている。


世界の自動車用電子機器市場は、2016年に2,063億3,000万米ドルに達しており、2024年までには年平均成長率(CAGR)約6.9%で成長し、その規模は3,959億1,000万米ドルを超えると見込まれています。


将来の自動車用PCBに対する厳しい要求

自動車の機能の特殊性と、車両が稼働する過酷な環境のため、自動車用PCBは品質と信頼性の両面で自動車業界の要求に適合しなければならず、電子システムにおいて極めて重要な役割を果たしています。


自動車用PCBが満たさなければならない特別な要件には、温度、湿度、振動、高電力と大電流、高発熱、高周波、高速信号、高密度および小型化が含まれます。したがって、自動車用PCBに対する厳しい要求には、次の項目が含まれます。


・高温


・高湿度


・高速


・高い安定性


しかし、電気自動車に関しては、要求水準をより高くする必要があります。電気自動車は、約100万時間にわたって数百アンペアにも及ぶ電流に一貫して耐え、さらに最大1,000ボルトもの高電圧に耐えられなければなりません。自動運転車向けに使用される車載PCBは、その信頼性を確保するために、数百ボルトにも達する高電圧に耐えられる必要があります。


自動運転車により良く対応するためには、自動車用PCBは多くの製造技術において、より高い要求を満たす必要があります。層数を増やす必要があり、サイズの小型化に対応するために、ライン幅、ライン間隔、およびスルーホール径を縮小しなければなりません。より多くの熱をタイムリーに放散するために、基板上の銅の占有面積を増やす必要があります。高速・高周波というより高い要求を達成するためには、インピーダンス制御を強化し、新しい材料を適用して、PCBが高い動作速度を実現できるようにする必要があります。


自動車用PCBには、車両内部各部と外部環境との間で信号伝送を完了するために、高速かつ高周波が求められます。例えば、将来的にはインターコネクションや画像認識で最大10GHzもの速度が必要となり、高速レーダーでは最大77GHzもの周波数が用いられます。したがって、自動車用PCBは、優れたシグナルインテグリティおよびパワーインテグリティだけでなく、高品質なEMC(電磁両立性)も備えていなければなりません。さらに、材料は厳密に選定する必要があります。電気的性能に加えて、材料は温度、湿度、バイアス電圧の観点からも安定性が保証されなければなりません。


車両内で熱源に最も近い位置にあるデバイスについて言えば、動作温度が120℃もの高温に達することはごく普通のことです。例えば、自動車用LED(発光ダイオード)には、高い放熱性能を備えたフレキシブル基板材料が求められます。先進的な安全検知システムでは、熱サイクルおよび微細配線間の電気伝達の両方に対して、ますます高い要求が課されています。先進的な車載電子アプリケーションがより複雑かつ小型化するにつれ、PCBの密度は上がり、一方でPCBのサイズは小さくなっていきます。


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