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Véhicules à énergie nouvelle vs. véhicules à énergie thermique –Quelle est la différence côté PCB ?

L’industrie automobile est en train de vivre un changement révolutionnaire. Il s’agit d’une avancée importante; de la réduction des émissions au développement de voitures et de camions électriques autonomes, en passant par les infrastructures de recharge. La partie électronique du véhicule à énergie nouvelle est plus complexe et plus avancée, et dans cet esprit, les exigences sur les PCB évolueront de diverses manières.

Véhicules à énergie nouvelle | NCAB Group

Par rapport aux véhicules à carburant traditionnels, les véhicules à énergie nouvelle contiennent un pourcentage d’électronique plus élevé, ce qui signifie que davantage de fonctions doivent être exécutées par le biais d’équipements électroniques. La fiabilité de ces derniers est devenue primordiale afin d’assurer la sécurité des véhicules, des usagers et de la conduite.

Nécessité des PCB de haute fiabilité

En quoi la hausse de la quantité d’électronique affecte-t-elle les circuits imprimés ? Que faut-il prendre en compte dans le processus de production des PCB en tant qu’acheteur pour l’industrie automobile?

Barry Fang | NCAB Group

Barry Fang, Field Application Engineer Manager chez NCAB Group Chine, nous en dit plus sur la nouvelle génération automobile.

Q: En termes d’électronique, quelles sont les différences entre les véhicules à énergie nouvelle et les véhicules thermiques?

A: Les véhicules thermiques se composent d’un moteur, d’une boîte de vitesses et d’une carrosserie, tandis que les véhicules à énergie nouvelle sont passés à l’ère de l’électrification. Du point de vue des données, dans les voitures thermiques, le coût de l’électronique représente environ 25%, contre 45% à 60% dans les véhicules à énergie nouvelle.

L’augmentation du nombre de PCB dans les véhicules à énergie nouvelle provient principalement des chargeurs embarqués, des systèmes de gestion de batterie, des systèmes de conversion de tension (convertisseurs DC-DC, onduleurs, etc…) et d’autres dispositifs haute et basse tension. Selon les estimations, la surface totale de PCB utilisée dans le moteur à combustion interne et le système de transmission des véhicules thermiques est d’environ 0,04 m². La surface totale de PCB requise pour un véhicule à carburant avec un degré modéré d’électronique est d’environ 0,43 m². Alors que la surface totale de PCB sur les seuls équipements liés au groupe motopropulseur a atteint 0,8 m² pour un véhicule électrique.

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

Q: Quel est notre objectif pour les commandes de circuits imprimés destinés à l’automobile ?

A:  “La sécurité de conduite” reste notre priorité. Les exigences de fiabilité et de sécurité des véhicules sont très strictes, donc les PCB doivent être fiables et adaptés à cet environnement. Les fournisseurs doivent détenir la certification IATF/16949.

Selon les modules, l’objectif est spécifique. Par exemple, le système d’alimentation est utilisé comme source d’alimentation de l’ensemble du véhicule. Le circuit imprimé qu’il contient doit transporter une haute tension et un courant élevé. Il est nécessaire de considérer que toute défaillance du PCB empêchera le véhicule de fonctionner normalement. Ainsi, notre objectif est de nous assurer de sa haute fiabilité pendant le processus de fabrication.

Dans les systèmes avancés d’aide à la conduite (ADAS), en particulier pour la fonction de caméra ou de radar, les signaux transportés par le PCB sont souvent à haute fréquence et à grande vitesse, et la qualité du signal affecte directement l’adaptabilité du véhicule sur l’environnement en temps réel. Donc, dans ce domaine, nous nous concentrons sur l’intégrité et la qualité du signal. Nous devons également prêter attention au fait que les PCB des systèmes ADAS sont relativement complexes et nécessitent des techniques plus avancées telles que les cartes flexibles, flex-rigides, HDI et les cartes hybrides (utilisant plusieurs matériaux différents). Cela signifie que le fournisseur doit avoir des capabilités techniques supérieures.

“Il est nécessaire de considérer que toute défaillance du PCB empêchera le véhicule de fonctionner normalement. Ainsi, notre objectif est de nous assurer de sa haute fiabilité pendant le processus de fabrication.”

Barry Fang, Field Application Engineer Manager, NCAB Group China

Q:  Quels sont les principaux aspects à prendre en compte dans la fabrication ?

A:  Prenons l’exemple du système d’alimentation où le circuit imprimé doit supporter une haute tension, un courant élevé et nécessite une grande fiabilité. Du point de vue du processus de production du PCB, les principaux aspects sont les suivants :

1. Avant de débuter l’agencement du PCB, il est nécessaire de bien comprendre la conception du produit et les besoins du client (puissance nominale, tension nominale, capacité de charge actuelle, etc.).

  • Pour les exigences de haute tension, une attention doit être accordée à l’isolation haute et basse tension, à l’entrefer à la ligne de fuite, pour répondre aux exigences de sécurité lors de la conception.
  • Pour les exigences de courant élevées, utilisez une conception en cuivre épais. Une attention particulière doit être accordée à la chute de tension, au chemin emprunté par le courant, au filtrage de l’alimentation et aux problèmes de découplage.
  • Les circuits imprimés, composants clés de l’électronique automobile, doivent être conformes à l’IPC Classe 3 et la sélection des composants doit être conforme à la réglementation automobile.

2. Dans le processus de fabrication, il est nécessaire de modifier les paramètres qui affectent la résistance au courant ou à la tension. Il faut renforcer le processus spécifique de contrôle et surmonter la difficulté de fabrication due au cuivre épais comprenant la qualité du perçage, l’épaisseur de la métallisation du placage du cuivre, la précision de la largeur des pistes, l’isolement et le revêtement du vernis.

Principaux aspects à prendre en compte avec des PCB en cuivre épais :

  • Perçage : Les produits en cuivre épais présentent certains défis dans le processus de perçage tels que la couche interne facilement fissurée, la paroi du trou trop rugueuse et la tête du clou sur la partie haute du trou percé. Nous devons donc adapter et optimiser les techniques de perçage (vitesse de rotation/vitesse d’avance/vitesse de remontée/durée de vie du foret) pour éviter tout problème. Nous devons évaluer les forets adaptés aux plaques de cuivre épaisses et sélectionner la combinaison de paramètres la plus appropriée via des plans d’expériences test pour assurer la qualité du perçage.
  • Pressage : Il est nécessaire de s’assurer que la résine a entièrement remplie les isolements entre les pistes pendant le processus de stratification pour garantir la fiabilité. Plus le cuivre est épais, plus il est difficile à stratifier, et les produits complexes nécessitent une attention particulière concernant l’alignement entre les couches.
  • Métallisation : Il est essentiel de contrôler l’épaisseur de cuivre dans le trou et l’uniformité à la surface du cuivre.
  • Gravure : Plus le cuivre est épais, plus il est difficile de graver les pistes. Il est nécessaire de contrôler la largeur des conducteurs et la précision des isolements entre ces derniers pour s’assurer qu’ils répondent aux exigences de passage de courant et de tension d’isolement.
  • Vernis épargne : Lorsqu’il y a une épaisseur de cuivre élevée, certains processus spéciaux peuvent être nécessaires pour obtenir l’épaisseur voulue. Par exemple, plusieurs impressions sont nécessaires pour séparer la surface de cuivre et la surface du substrat garantissant la qualité du vernis épargne.
  • Design spécifique : Demi trou métallisé, bord de carte métallisé,…

Q: Comment voyez-vous le développement futur des véhicules à énergie nouvelle ?

A: Les routes intelligentes + les voitures intelligentes sont la direction ultime vers la conduite autonome. Les véhicules à énergie nouvelle évoluent également vers l’électrification, l’intelligence artificielle, la mise en réseau et la transmission du signal.

Tout d’abord, la technologie est plus évoluée. Bien que l’autonomie de certains véhicules électriques atteigne 400 à 500 kilomètres, la capacité de croisière réelle varie. Il y a encore beaucoup de progrès à faire pour optimiser l’efficacité du moteur dans diverses conditions routières complexes. Deuxièmement, le système de conduite est plus convivial et l’expérience de conduite deviendra un point clé pour que les constructeurs automobiles se différencient et attirent les consommateurs. De plus, les déplacements deviennent de plus en plus intelligents. Le développement du réseau 5G+C-V2X permet de comprendre progressivement l’échange d’informations en temps réel entre les véhicules et tous les facteurs susceptibles de les affecter. Le but est de réduire les accidents et d’optimiser l’environnement de circulation pour parvenir à une conduite autonome.

Le développement de la technologie s’accompagnera d’une récurrence ou de nouvelles exigences des équipements électroniques, ce qui conduira inévitablement à de nouvelles attentes en matière de PCB. Des technologies de circuits imprimés de plus en plus avancées seront utilisées telles que les cartes HDI, flexibles et semi-flexibles.

Que ce soit pour la fiabilité du PCB ou pour l’image de la marque à long terme, il est particulièrement important de choisir un fournisseur expérimenté, professionnel et fiable.

Q: Quelle valeur ajoutée NCAB peut-elle apporter aux clients de l’électronique automobile ?

A: Les véhicules ne sont pas seulement un moyen de locomotion mais sont aussi étroitement liés à la sécurité propre des conducteurs et des passagers. Les constructeurs automobiles doivent connaître et contrôler la source des PCB utilisés dans leurs produits finis. Cela implique la construction critique du produit et l’impact sur la réputation de leur marque.

En tant qu’entreprise fiable et engagée, NCAB peut fournir une assistance et des services techniques professionnels tout au long du processus, de la conception à la fabrication, en aidant à créer des circuits imprimés fiables et de haute qualité. Nous avons une équipe de concepteurs expérimentée, qui peut fournir de précieuses suggestions en fonction des exigences spécifiques du produit, effectuer l’optimisation de la conception et aider les clients à partir sur de bonnes bases.

“Des technologies de circuits imprimés de plus en plus avancées seront utilisées telles que les cartes HDI, flexibles et semi-flexibles.”

Barry Fang, Field Application Engineer Manager, NCAB Group China

L’intégration des services Design for Excellence (DfX) dans le processus de conception garantit que les fichiers de conception peuvent être livrés de manière transparente à la fabrication. Dans l’étape post-fabrication, nous sélectionnerons l’usine la plus fiable et la plus stable, et nous l’utiliserons uniquement dans les domaines où elle excelle. Notre équipe de Factory Management effectue également un contrôle qualité sur site pour s’assurer que les produits fonctionnent comme prévu.

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