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Vehículos tradicionales frente a los accionados por formas alternativas de energía: ¿cuál es la diferencia en relación con las PCB?

La industria automovilística está experimentando un cambio revolucionario. Pero este avance no está exento de retos: desde la reducción de emisiones, el desarrollo de automóviles y camiones eléctricos autónomos hasta la infraestructura de carga de vehículos. La parte electrónica de un vehículo movido por formas alternativas de energía es más activa y avanzada, por lo que las exigencias sobre las PCB aumentarán en varios aspectos.

Illustration of a new energy vehicle | NCAB Group

En comparación con los vehículos de combustibles tradicionales, los nuevos vehículos con formas alternativas de energía tienen un mayor grado de electrificación, lo que significa que hay más funciones que deben realizarse a través de equipos electrónicos. La fiabilidad de los equipos electrónicos se ha convertido en el principal foco de atención para la mejora de la fiabilidad de los vehículos y la seguridad de la conducción.

Necesidad de placas de circuito impreso de gran fiabilidad

¿Cómo afecta el aumento de componentes electrónicos a las placas de circuito impreso (PCB)? ¿Qué es lo más importante a tener en cuenta en el proceso de producción de PCB y como comprador de PCB para el sector de la automoción?

Barry Fang | NCAB Group

Barry Fang, Field Application Engineer Manager de NCAB Group China, nos hablará de las PCB para la nueva generación de la industria del automóvil.

P: En cuanto al grado de electrónica, ¿cuáles son las diferencias entre los vehículos de combustibles tradicionales y los accionados por formas alternativas de energía ?

R: Los vehículos de combustibles tradicionales se componen de un motor, una caja de cambios y un bastidor, mientras que los vehículos con formas alternativas de energía han llegado ya a la era de la electrificación. Desde el punto de vista de los datos, en los coches de lujo tradicionales, el coste de la electrónica del automóvil supone alrededor del 25 %, mientras que en los accionados por nuevas formas de energía el coste ronda el 45-60 %.

El aumento de demanda de PCB para vehículos con nuevas formas de energía procede principalmente de cargadores de a bordo, sistemas de gestión de baterías, sistemas de conversión de tensión (convertidores CC-CC, inversores, etc.) y otros dispositivos de alta y baja tensión. Según las estimaciones, la superficie total de PCB utilizada en el motor de combustión interna y el sistema de transmisión de los vehículos de combustibles tradicionales es de unos 0,04 m2, mientras que la superficie total de PCB necesaria para un vehículo de combustible con un grado moderado de electrónica es de unos 0,43 m2. Sin embargo, solo la superficie total de PCB para los equipos relacionados con la cadena cinemática alcanza los 0,8 m2.

Cost proportion electronic equipment in different type of cars | NCAB Group

P: ¿En qué nos centramos en los pedidos de PCB para automoción?

R: «Nuestro objetivo sigue siendo la seguridad de la conducción. Los requisitos de fiabilidad y seguridad de los automóviles son muy altos, y los requisitos de fiabilidad de las placas de circuito impreso y de adaptabilidad al entorno son muy estrictos. Sus proveedores deben superar la certificación IATF/16949.

En función de los distintos módulos, nuestro planteamiento también varía. Por ejemplo, el sistema de alimentación se utiliza como fuente de energía para todo el vehículo. La PCB que contiene debe transportar una tensión y una corriente elevadas. Al mismo tiempo, hay que tener en cuenta que cualquier fallo de la PCB hará que el vehículo deje de funcionar con normalidad. Por eso, para la PCB de este sistema, nuestro objetivo es garantizar su alta fiabilidad durante el proceso de fabricación.

En los sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS), especialmente el módulo de cámara o radar, las señales que transporta la placa de circuito impreso suelen ser de alta frecuencia y velocidad, y la calidad de la señal afecta directamente al juicio del vehículo sobre el entorno en tiempo real. Por eso, en este ámbito, nos centramos en la integridad o la calidad de la señal. Al mismo tiempo, también hay que prestar atención al hecho de que las PCB de los sistemas ADAS son relativamente complejas y se utilizarán soluciones más avanzadas, como placas flexibles, placas rígidas flexibles, placas HDI y placas híbridas (utilizan varios materiales distintos), lo que significa que el proveedor deberá tener una mayor capacidad.

“Hay que tener en cuenta que cualquier fallo de la PCB hará que el vehículo deje de funcionar con normalidad. Por eso, para la PCB de este sistema, nuestro objetivo es garantizar su alta fiabilidad durante el proceso de fabricación.”

Barry Fang, Field Application Engineer Manager, NCAB Group China

P:  ¿Cuáles son los principales aspectos a tener en cuenta en la fabricación?

R:  Tomemos como ejemplo el sistema de alimentación, donde la PCB debe transportar alta tensión y corriente y requiere una gran fiabilidad. Desde la perspectiva del proceso de producción de placas de circuito impreso, los principales aspectos son los siguientes:

1. En la fase inicial del diseño de la PCB, es fundamental que se entienda plenamente el diseño del producto del cliente y dejar un margen suficiente según las necesidades del cliente (potencia nominal, tensión nominal, capacidad de transporte de corriente, etc.).

  • Para los requisitos de alta tensión, se debe prestar atención al aislamiento de alta y baja tensión, al entrehierro, a la distancia de fuga, etc. para cumplir con los requisitos de seguridad durante el diseño.
  • Para requisitos de alta corriente, utilice un diseño de cobre grueso, y es necesario prestar atención a la caída de tensión de la corriente, a la ruta de transporte de la corriente, a la retroalimentación, al filtrado de la fuente de alimentación y a los problemas de desacoplamiento.
  • Las PCB, que son los componentes clave de la electrónica del automóvil, deben cumplir con los requisitos de la clase 3 de la norma IPC, y la selección de los componentes deberá ajustarse a la normativa del vehículo.

2. Durante el proceso de fabricación se deben desmontar los parámetros que afectan a la resistencia de transporte de corriente o de tensión con el objetivo de perfeccionarla hasta el enlace de proceso específico para el control y superar la dificultad de fabricación derivada del grosor del cobre. Esto se traduce en la calidad de los taladros, el grosor del baño de cobre, la precisión de la anchura y el espaciado de las líneas conductoras y el revestimiento de la máscara de soldadura.

Principales aspectos a tener en cuenta con los productos de cobre grueso:

  • Taladro: Superar los retos que plantea el grosor del cobre y asegurar la calidad del taladro. Los productos de cobre grueso presentan algunos problemas durante el proceso de perforación, como el fácil agrietado de la capa interna, el exceso de rugosidad de la pared del orificio o la cabeza del clavo. Esto hace que se deba adoptar un diseño gráfico especial y optimizar los parámetros de perforación (velocidad de rotación/avance/retracción / vida útil de la broca) para tales problemas, evaluar las brocas adecuadas para las placas de cobre gruesas y seleccionar la combinación de parámetros más adecuada mediante la prueba de diseño del experimento (DOE) para garantizar la calidad de los taladros.
  • Laminación: Hay que asegurarse de que la resina se rellene completamente y se adhiera firmemente entre las líneas durante el proceso de laminación para garantizar su fiabilidad. Cuanto más grueso es el cobre, más difícil es laminarlo, y los productos de alto nivel requieren atención a la alineación entre capas.
  • Cobreado: Es esencial asegurar el grosor del cobre del taladro y la uniformidad de la superficie del cobre.
  • Grabado: Cuanto más grueso sea el cobre, más difícil resultará grabar la pista. Se deben controlar la anchura de la línea y la precisión de la separación del conductor para asegurarse de que cumpla con los requisitos de conducción de corriente y resistencia a la tensión.
  • Máscara de soldadura: Cuando el grosor del cobre es elevado, puede que sean necesarios diversos procesos especiales para lograr el grosor total. Por ejemplo, es necesaria una impresión múltiple para separar la superficie del cobre y la superficie del sustrato que garantice la calidad de la máscara de soldadura y evite las fugas de cobre o el amarilleo de los pines (debido a una máscara de soldadura fina).
  • Diseño especial: Taladro semimetalizado, diseño de bordes metálicos, etc.

P: ¿Cómo ve el futuro desarrollo de los vehículos movidos por formas alternativas de energía?

R: Las carreteras inteligentes + los coches inteligentes son la dirección que tomarán el transporte inteligente y la conducción autónoma. Los vehículos con formas alternativas de energía también están evolucionando hacia la electrificación, la inteligencia, la conexión en red y la transmisión de señales.

De entrada, la tecnología está más madura. Aunque se suele decir que la autonomía de crucero de los vehículos movidos por energías alternativas ha alcanzado entre 400 y 500 kilómetros, la capacidad real de crucero varía. Así que aquí aún hay mucho margen de mejora en la optimización de la eficiencia del motor en carretera con condiciones de complejidad diversas. En segundo lugar, el sistema de conducción es más fácil de usar, y la experiencia de conducción se convertirá en un punto clave para que las empresas de automóviles se diferencien y atraigan a los usuarios. Además, el viaje es más inteligente. El desarrollo del Internet de los Vehículos 5G+C-V2X ayuda gradualmente a comprender el intercambio de información en tiempo real entre los vehículos y todos los factores que pueden afectar al vehículo, a reducir los accidentes y a optimizar el entorno del tráfico para lograr la conducción autónoma.

El desarrollo de la tecnología irá inevitablemente acompañado de la iteración o de nuevos requisitos de los equipos electrónicos, lo que inevitablemente conducirá a nuevos requisitos para las PCB. En paralelo, se utilizarán cada vez más las soluciones de PCB más avanzadas, como las HDI, las placas flexibles y las placas semiflexibles.

Ya sea por la fiabilidad de la PCB o por la consideración a largo plazo de la marca, es especialmente importante elegir un proveedor experimentado, profesional y fiable.

P: ¿Qué valor añadido puede aportar NCAB a los clientes de electrónica del automóvil?

R: Los vehículos no son solo una herramienta de viaje, sino que también están estrechamente relacionados con la seguridad personal de los conductores y pasajeros. Los fabricantes de vehículos deben conocer y controlar el origen de las placas de circuito impreso utilizadas en sus productos, ya que afecta a la estructura básica del producto y el impacto en la reputación de su marca.

Como proveedor de confianza, NCAB puede proporcionar asistencia técnica y servicios profesionales a lo largo de todo el proceso, desde el diseño hasta la fabricación, ayudando a crear PCB de gran calidad y fiabilidad. En la etapa de diseño inicial, contamos con un equipo de diseño de PCB con experiencia que puede plantear valiosas sugerencias a nivel de ingeniería durante la etapa de diseño, de acuerdo con los requisitos específicos del producto de diferentes clientes, llevar a cabo la optimización del diseño y ayudar a los clientes a acertar desde el principio.

“Se utilizarán cada vez más las soluciones de PCB más avanzadas, como las HDI, las placas flexibles y las placas semiflexibles.”

Barry Fang, Field Application Engineer Manager, NCAB Group China

Al mismo tiempo, la incorporación de los servicios de diseño para la excelencia (DfX, Design for Excellence) al proceso de diseño garantiza que los archivos de diseño puedan entregarse sin problemas a fábrica. En la fase posterior a la fabricación, seleccionaremos la fábrica más fiable y estable con la premisa de satisfacer las demandas de los clientes, y solo utilizaremos esta fábrica para los aspectos en los que destaque. Nuestro equipo directivo de la fábrica también llevará a cabo un control de calidad in situ para asegurarse de que los productos tengan el rendimiento esperado.

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