スマートコックピットのEMIシールド：EMCフォームの応用

最新のスマートコックピットは、大型ディスプレイ、5G接続、音声対話機能、デジタル計器クラスター、ヘッドアップディスプレイ（HUD）、高出力オーディオシステムなどを、ますますコンパクトな空間に統合しています。電子機器の密度が高まるにつれ、信号の完全性、通信の信頼性、そしてユーザーエクスペリエンスを維持するために、 EMIシールドが不可欠となっています。

重要な疑問は、複数の高速無線システムが同一の限られた空間内で動作する場合、自動車エンジニアはどのようにして電磁干渉を制御できるのか、ということである。

導電性フォームガスケット低インピーダンスの接地経路を作成し、筐体の隙間を密閉し、高感度な電子モジュールを隔離することで、実用的な解決策を提供する。

なぜEMIシールドスマートコックピットにおける重要事項

現代の車両のコックピットには、センターディスプレイ、デジタル計器盤、4G/5Gアンテナ、Wi-Fi、Bluetooth、GPS、FM/AMラジオ、UWB、NFC、オーディオアンプ、高速デジタルインターフェースなどが搭載されており、これらはすべて限られた領域内で動作している。

適切な遮蔽と接地がない場合、電磁干渉は以下のような問題を引き起こす可能性があります。

• Wi-FiまたはBluetoothの接続が切断される
• GPSの取得が遅い、または測位精度が低い
• 無線雑音と干渉
• 画面のちらつきや画像ノイズが発生する
• タッチスクリーンの誤入力
• 高速通信エラー
• 電子モジュール間の信号完全性の問題

基礎を学ぶエンジニアにとって、 PCB EMIシールド：ポイント保護からシステムレベルの絶縁までプリント基板レベルで接地とシールドがどのように連携して機能するかについて、より包括的な概要を提供します。

1. スマートコックピットにおける主要なEMC課題

従来の車両コックピットとスマートコックピットの最大の違いは、電子機器の密度がはるかに高い点である。

課題1：大型ディスプレイ、遮蔽スペースの減少

初期の車両では、一般的に7インチのセンターディスプレイが使用されていた。現代の車両では、15.6インチのディスプレイや、画面全体を覆う一体型スクリーンが使用される場合がある。

表示領域は大幅に拡大した一方で、画面背面の設置スペースは狭くなった。狭額縁と軽量構造のため、従来の遮蔽部品を設置する余地はほとんど残されていない。

このため、薄型EMIフォームや低圧縮力ソリューションの重要性がますます高まっている。

課題2：より多くの無線周波数帯域

スマートコックピットは、以下の機能を同時に使用する可能性があります。

• 5G NRと4G LTE
• Wi-Fi 2.4GHz、5GHz、6GHz
• ブルートゥース
• GPS L1/L2/L5
• FM/AM
• UWB
• NFC

これらのアンテナと電子モジュールは互いに近接して設置されるため、不要な電磁結合の制御がますます困難になる。

課題3：高速デジタル信号

センターディスプレイとコックピットドメインコントローラは、FPD-LinkやGMSLなどの高速インターフェースを介して通信するのが一般的です。

データ転送速度は数Gbpsに達するため、これらのインターフェースは電磁ノイズに非常に敏感です。シールドが不十分であったり、リターンパスが不安定であったりすると、ちらつき、画像の歪み、さらにはディスプレイの故障につながる可能性があります。

課題4：ユーザーはEMCの問題を即座に認識する

パワートレインやシャーシの奥深くに設置された電子機器とは異なり、コックピットの電子機器はドライバーに直接見え、聞こえる。

ラジオのノイズ、Bluetooth接続の不安定さ、ディスプレイのちらつき、タッチスクリーンの不具合などは、車両の印象品質に即座に影響を与える可能性があります。

2. 5つの主要なアプリケーションEMCフォームスマートコックピットにおいて

アプリケーション1：コックピットドメインコントローラー

コックピットドメインコントローラは、現代の自動車E/Eアーキテクチャの中核となるコンポーネントとなっている。従来は計器類、インフォテインメント、ヘッドアップディスプレイ（HUD）、後部座席エンターテインメントなどの個別のコントローラで処理されていた機能を統合することができる。

そのプリント基板には通常、高密度プロセッサ、高速デジタル回路、RF回路、およびパワーエレクトロニクスが搭載されている。そのため、機能領域間の効果的な接地と絶縁が極めて重要となる。

コックピットドメインコントローラの場合、動作温度はトラクションインバータよりも低い可能性がありますが、信号完全性に関する要件は特に厳しくなります。SMTガスケットの接地インピーダンスは、効果的な高周波帰還経路を確保するために十分に低く保たなければなりません。

アプリケーション2：センターディスプレイとインストルメントクラスター

センターディスプレイは、スマートコックピットにおいて最も目立つコンポーネントの一つです。EMC（電磁両立性）の観点から見ると、外部からの電磁干渉の影響を受ける可能性があると同時に、ディスプレイ自体の電子機器から発生するノイズを放射する可能性もあるため、二重の課題を抱えています。

代表的な用途としては以下のようなものがあります。

大型ディスプレイ周辺にエアループを使用する理由とは？

大型車載ディスプレイは機械的な圧力に敏感です。従来のFOFガスケットでは、ディスプレイのエッジ周辺に圧縮力が集中し、時間の経過とともに光学的な均一性やタッチ性能に影響を与える可能性があります。

AIR LOOPは中空構造を採用することで、電気的接触を維持しながら圧縮力を大幅に低減します。そのため、EMIシールドと機械的保護の両方が求められる大型ディスプレイに特に適しています。

この構造の詳細については、以下を参照してください。エアループガスケット：軽量EMIシールド設計ガイド。

適用例

ある車載ディスプレイの用途において、特定の周波数帯域でのEMC試験中にタッチスクリーンの誤作動が発生した。調査の結果、タッチスクリーンとディスプレイ間の接地不良が原因で、トラクションインバータからのノイズが伝わる経路ができてしまっていることが判明した。

遮蔽インターフェースをAIR LOOP導電性フォームソリューションに交換したところ、タッチスクリーンの干渉が解消された。

アプリケーション3：T-Boxおよび無線通信モジュール

T-Boxは、4G/5G接続、Wi-Fi、Bluetooth、GPSなどの機能のための通信ハブとして機能します。

一般的にはダッシュボードの裏側やグローブボックス付近に設置され、センターディスプレイやコックピットドメインコントローラーの近くに配置される。

GPSは受信する衛星信号が非常に微弱であるため、特に感度が高い。比較的わずかな電磁ノイズでも、測位精度が低下したり、衛星捕捉時間が長くなったりする可能性がある。

一般的なEMCフォームの用途には以下が含まれます。

• Tボックス筐体のシーリング
• PCBの接地
• アンテナコネクタのシールド
• メインコネクタのシールド

D型およびP型のFOFガスケットは筐体の継ぎ目を密閉することができ、金メッキされたSMTコンタクトはPCBの局所的な接地を提供する。

1 GHz を超える周波数では、材料の選択と接触の安定性がますます重要になります。めっきの選択も長期的な電気的性能に影響を与える可能性があります。参考資料としては、金メッキ、ニッケルメッキ、錫メッキのEMCフォーム：どのコーティングが最適か？ 。

用途4：車載オーディオアンプ

高級車載オーディオシステムは、数百ワット、あるいは1kWを超える出力を供給できる。高出力のクラスDアンプは、PWMスイッチング回路を使用しており、広い周波数範囲にわたってスイッチングノイズと高調波を発生させる。

代表的な用途としては以下のようなものがあります。

オーディオアンプに専用のEMIシールドが必要な理由とは？

パワーアンプは、比較的強い広帯域電磁ノイズを発生させる可能性があります。筐体のシールドが不十分な場合、このノイズが近くのFM/AMラジオ回路に結合し、可聴域のバックグラウンドノイズを引き起こすことがあります。

そのため、アンプの筐体、プリント基板の接合部、その他の筐体の継ぎ目周辺には、 EMI対策用の発泡材がよく使用されます。

アプリケーション5：ヘッドアップディスプレイ（HUD）

HUDシステムは、車両速度やナビゲーションデータなどの運転情報をフロントガラスに投影する。内部構造としては、高輝度LEDまたはレーザー光源、ディスプレイチップ、精密光学部品などが組み合わされている。

光駆動回路は電磁ノイズを発生させる可能性があり、それが近くの計測機器やディスプレイの電子機器に干渉する可能性がある。

HUDには明確な光路が存在するため、遮蔽ガスケットは光路を遮ってはなりません。そのため、FOF EMIフォームは通常、筐体の非光学的な端部の周囲に配置されます。

主な要件は以下のとおりです。

• 信頼性の高い筐体接地
• コンパクトな形状
• 安定した圧縮
• 光路の障害物なし
• 長期耐振動性

3. スマートコックピット用EMCフォームの特別な要件

スマートコックピットのアプリケーションは、パワートレインの電子機器とは大きく異なります。最優先事項は単に遮蔽効果を最大限に高めることではなく、エンジニアは電気的、機械的、寸法的、そして美的要件のバランスを取る必要があります。

したがって、適切に設計された導電性スポンジは、過度の機械的負荷を発生させることなく、安定した電気的接触を提供する必要がある。

4. スマートコックピットとEドライブのEMC要件

スマートコックピット電子機器の環境条件は、電動駆動装置やパワーエレクトロニクスの環境条件とは大きく異なる。

この違いは、EMIシールドガスケットを選定する際に重要となる。高温インバータ用に最適化された材料が、大型コックピットディスプレイにとって必ずしも最適な選択肢とは限らない。

5. スマートコックピットアプリケーションのクイック選択ガイド

応用	おすすめ商品	主要要件
コックピットドメインコントローラ基板	金メッキSMT EMIフォーム	低インピーダンスと信号完全性
中央ディスプレイの周囲	ブラック エア ループ EMI フォーム	非常に低い圧縮力
Tボックスエンクロージャー	D/P型FOF EMIフォーム	高周波シールド
オーディオアンプ	D字型FOF EMIフォーム	音漏れを防ぐ
HUDエンクロージャー	カスタムFOF EMIフォーム	光学的なクリアランスを維持する

適切な選び方EMIフォームスマートコックピット向け

適切な材料を選ぶには、遮蔽効果だけでなく、周波数範囲、接触抵抗、圧縮力、ギャップ許容値、動作温度、振動環境、めっき、形状、設置方法など、多くの要素を考慮する必要があります。

大型ディスプレイの場合、一般的に低負荷のエアループ構造が好まれます。PCBの接地には、SMTガスケットが正確で再現性の高い接点を提供します。筐体の継ぎ目には、FOFプロファイルが柔軟な隙間充填と連続的なシールドを実現します。

高周波用途においては、電気的インターフェースの品質は、シールド材そのものと同じくらい重要です。安定した接触を維持できない導電性ガスケットは、シールド経路に隙間を生じさせ、インピーダンスを増加させます。

についてKONLIDA

蘇州コンリダ精密電子有限公司は2006年に設立され、IATF 16949自動車品質管理規格。

KONLIDAは、自動車用EMIシールド製品を幅広く提供しています。 FOFガスケット、 SMTガスケット、エアループガスケット、 そして全方向性導電性スポンジ解決策。利用可能なオプションには、金、ニッケル、錫、および黒色の導電性布地構造が含まれます。

スマートコックピット用途向けに、KONLIDAのAIR LOOPおよび黒色導電性フォームソリューションは、自動車メーカーの顧客向けに、センターディスプレイ、インストルメントクラスター、コックピットドメインコントローラーなどに採用されています。

導電性PIフィルムの開発や自動車グレードのシリコーンコア成形から、カスタマイズされためっきや型抜きまで、幅広い能力を備えたKONLIDAは、初期設計から試作、量産まで、エンジニアをサポートします。