แนวโน้มการพัฒนาของอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์และแผงวงจรพิมพ์สำหรับยานยนต์

จากสถิติที่เกี่ยวข้องกับสาขาและการประยุกต์ใช้ของอิเล็กทรอนิกส์แบบดั้งเดิม (เช่น คอมพิวเตอร์ การสื่อสาร อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค) พบว่ากำลังเข้าใกล้จุดอิ่มตัว แม้แต่สมาร์ตโฟนซึ่งเคยถูกมองว่ามีอัตราการเติบโตสูงก็ยังประสบกับภาวะถดถอย อย่างไรก็ตาม อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์นั้นเป็นข้อยกเว้น

แรงขับเคลื่อนหลักที่ทำให้อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์เติบโตอย่างรวดเร็ว มาจากความต้องการใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในรถยนต์ที่เพิ่มสูงขึ้น ซึ่งถูกนำมาใช้ในยานพาหนะตั้งแต่ระบบเกียร์ธรรมดาไปจนถึงเกียร์อัตโนมัติ จากวิทยุ FM ไปจนถึงเครื่องเล่นวิดีโอ เครื่องปรับอากาศ กระจกไฟฟ้า ระบบควบคุมเครื่องยนต์ ระบบควบคุมความเร็วคงที่ ถุงลมนิรภัย ระบบ GPS ไฟส่องสว่างแบบ LED ระบบควบคุมความเร็วและระยะห่างอัตโนมัติ กล้องบันทึกการขับขี่ ไปจนถึงรถยนต์ขับเคลื่อนอัตโนมัติ เป็นต้น

อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ประกอบด้วยการใช้งานที่หลากหลายมากจนทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ถูกนำไปใช้ในทุกส่วนของยานพาหนะ นอกจากส่วนอิเล็กทรอนิกส์แบบดั้งเดิมแล้ว อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ยังรวมถึงระบบคอมพิวเตอร์ที่ควบคุมด้วยดิจิทัล อุปกรณ์สื่อสารเคลื่อนที่ที่ติดตั้งบนยานพาหนะ ระบบเครื่องเสียงในรถ ระบบวิดีโอ และเครื่องปรับอากาศ เป็นต้น สมรรถนะและการทำงานของระบบทั้งหมดล้วนขึ้นอยู่กับแผงวงจรพิมพ์ (Printed Circuit Boards: PCBs) ซึ่งความน่าเชื่อถือของแผงวงจรเหล่านี้ส่งผลต่อ หรือแม้กระทั่งเป็นตัวกำหนดสมรรถนะของยานยนต์

แนวโน้มการพัฒนาของอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์

มีการประเมินว่าระบบอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์จะมีส่วนแบ่งตลาดเพิ่มขึ้น 6.3% ในปี 2019 และอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปี (CAGR) จะสูงถึง 6.4% ในช่วงปี 2017 ถึง 2021 ซึ่งมีความเร็วในการเติบโตสูงกว่าระบบอิเล็กทรอนิกส์ประเภทอื่น นอกจากนี้ ส่วนแบ่งตลาดของอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ในตลาดอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดก็เพิ่มขึ้นทุกปี และคาดว่าจะเพิ่มจาก 9.1% ในปี 2017 เป็น 9.9% ภายในปี 2021

อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ทั่วโลกมีมูลค่าถึง 206.33 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2016 และภายในปี 2024 คาดว่าตัวเลขดังกล่าวจะทะลุ 395.91 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ โดยมีอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปี (CAGR) ประมาณ 6.9%

ข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับแผงวงจรพิมพ์ยานยนต์ในอนาคต

เนื่องจากความเฉพาะตัวของฟังก์ชันในยานยนต์และสภาพแวดล้อมที่รุนแรงซึ่งยานพาหนะต้องทำงาน แผงวงจรพิมพ์สำหรับยานยนต์จึงต้องสอดคล้องกับข้อกำหนดของอุตสาหกรรมยานยนต์ทั้งในด้านคุณภาพและความน่าเชื่อถือ โดยมีบทบาทสำคัญในระบบอิเล็กทรอนิกส์

ข้อกำหนดพิเศษที่แผงวงจรพิมพ์ (PCB) สำหรับยานยนต์ต้องปฏิบัติตาม ได้แก่ อุณหภูมิ ความชื้น การสั่นสะเทือน กำลังไฟและกระแสไฟสูง ความร้อนสูง ความถี่สูง สัญญาณความเร็วสูง ความหนาแน่นสูง และการย่อส่วน ดังนั้น ข้อกำหนดที่เข้มงวดของแผงวงจรพิมพ์สำหรับยานยนต์จึงประกอบด้วยรายการต่อไปนี้:

• อุณหภูมิสูง

• ความชื้นสูง

• ความเร็วสูง

• มีความเสถียรภาพสูง

อย่างไรก็ตาม เมื่อพูดถึงยานยนต์ไฟฟ้า ข้อกำหนดจะต้องสูงกว่า ยานยนต์ไฟฟ้าจะต้องสามารถทนกระแสไฟฟ้าสูงระดับหลายร้อยแอมแปร์ได้อย่างต่อเนื่องเป็นเวลาประมาณ 1 ล้านชั่วโมง และทนแรงดันไฟฟ้าสูงได้ถึง 1,000 โวลต์ แผงวงจรพิมพ์ (PCB) สำหรับยานยนต์อัตโนมัติจะต้องสามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าสูงระดับหลายร้อยโวลต์เพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือของตัวมันเอง

เพื่อให้สามารถรองรับยานยนต์อัตโนมัติได้ดียิ่งขึ้น แผงวงจรพิมพ์สำหรับยานยนต์จำเป็นต้องตอบสนองข้อกำหนดที่สูงขึ้นในเทคโนโลยีการผลิตหลายด้าน จำนวนชั้นควรเพิ่มขึ้น ความกว้างของลายวงจร ระยะห่าง และขนาดรูทะลุควรลดลงเพื่อให้สอดคล้องกับขนาดที่เล็กลง พื้นที่หน้าตัดของทองแดงบนแผงวงจรควรเพิ่มขึ้นเพื่อช่วยระบายความร้อนได้ทันเวลา เพื่อให้บรรลุข้อกำหนดที่สูงขึ้นในด้านความเร็วสูงและความถี่สูง การควบคุมอิมพีแดนซ์ควรได้รับการเพิ่มประสิทธิภาพ และควรมีการใช้วัสดุใหม่ ๆ เพื่อให้แผงวงจรพิมพ์สามารถทำงานด้วยความเร็วสูงได้

ความเร็วสูงและความถี่สูงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับแผงวงจรพิมพ์ในยานยนต์ (Automotive PCB) เพื่อให้สามารถส่งสัญญาณระหว่างส่วนต่าง ๆ ภายในรถยนต์และสภาพแวดล้อมภายนอกได้อย่างสมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น การเชื่อมต่อระหว่างกันหรือการจดจำภาพจะมีความเร็วสูงถึง 10GHz ในอนาคต และเรดาร์ความเร็วสูงจะมีความถี่สูงถึง 77GHz ดังนั้น แผงวงจรพิมพ์ในยานยนต์จึงไม่เพียงต้องมีความสมบูรณ์ของสัญญาณ (Signal Integrity) และความสมบูรณ์ของกำลังไฟฟ้า (Power Integrity) ที่ยอดเยี่ยมเท่านั้น แต่ยังต้องมีคุณภาพด้าน EMC (Electromagnetic Compatibility) ที่ดีเยี่ยมด้วย นอกจากนี้ วัสดุต้องได้รับการคัดเลือกอย่างเข้มงวด นอกเหนือจากสมรรถนะทางไฟฟ้าแล้ว ยังต้องรับประกันความเสถียรของวัสดุในด้านอุณหภูมิ ความชื้น และแรงดันไบอัสอีกด้วย

สำหรับอุปกรณ์ที่อยู่ใกล้แหล่งความร้อนในยานพาหนะ ถือเป็นเรื่องปกติที่อุณหภูมิการทำงานของอุปกรณ์เหล่านี้จะสูงได้ถึง 120℃ ตัวอย่างเช่น ไฟ LED ในยานยนต์ (Light Emitting Diodes) ต้องการวัสดุแผ่นรองที่มีความยืดหยุ่นและมีความสามารถในการกระจายความร้อนได้สูง ระบบตรวจจับความปลอดภัยขั้นสูงต้องการมาตรฐานที่สูงขึ้นอย่างต่อเนื่องทั้งในด้านวัฏจักรความร้อนและการส่งผ่านกระแสไฟฟ้าระหว่างลายวงจรขนาดเล็ก เมื่อการประยุกต์ใช้ระบบอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ขั้นสูงมีความซับซ้อนมากขึ้นและมีขนาดเล็กลง ความหนาแน่นของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) จะเพิ่มขึ้น ในขณะที่ขนาดของ PCB จะลดลง