EVモーターコントローラーのEMIシールド用ソフトSMDコンタクト

導電性フォームが自動車用モーターコントローラーのプリント基板を保護する仕組み

電気自動車（EV）のパワートレインシステムにおいて、モーターコントローラーは電磁両立性（EMC）の観点から最も難しい部品の一つである。

小型のプリント基板アセンブリ内部では、数百アンペアの電流、数百ボルトの直流電圧、そしてIGBTやSiC MOSFETモジュールなどの高速スイッチング素子が同時に動作している。

これらのパワーデバイスのスイッチング周波数は通常10kHzから20kHzの間です。しかし、その極めて高速なスイッチングエッジ（多くの場合、数十ナノ秒以内）は、数十MHz、あるいは数百MHzにまで及ぶ高周波高調波を発生させます。

効果的な電磁干渉（EMI）制御が行われない場合、これらの高周波ノイズは車両の通信システム、センサー、その他の電子制御ユニットに影響を与える可能性があります。

導電性フォーム技術を初めてご利用になる方は、まず弊社のガイドをお読みください。導電性フォームとは？用途、応用例、EMIシールド効果。

この記事では、自動車用モーターコントローラーのプリント基板に焦点を当て、導電性フォームソリューションが電気自動車の駆動システム向けに信頼性の高いEMIシールドシステムを構築する方法を説明します。

1. 自動車用モーターコントローラー基板におけるEMI対策の課題

導電性フォームの用途について議論する前に、モーターコントローラーのプリント基板のシールドがなぜ難しいのかを理解することが重要です。

課題1：高電圧・大電流による強力な電磁放射

モーターコントローラー内部のIGBTまたはSiC MOSFETモジュールは、数百ボルト、数百アンペアの電流を高速でスイッチングする。

各スイッチング操作によって以下が生成されます。

• 高電圧変動（dV/dt 最大 10kV/μs）
• 電流変動が大きい（dI/dtは数kA/μsまで）

これらの急激な変化は、電磁波を励起します。

• PCB配線
• DCバス構造
• 電源端子
• 半導体ピン

発生したノイズは、高感度回路に容易に結合してしまう可能性がある。

課題2：高感度制御回路には安定した信号が必要

モーターコントローラー基板は通常、主に2つの領域で構成されています。

制御回路は通常、3.3Vまたは5Vのみで動作します。

電源部からの高周波ノイズが制御部に結合すると、以下のような問題が発生する可能性があります。

• センサーの読み取り値が正しくありません
• コミュニケーションエラー
• モーターのトルク不安定性
• 電源装置の誤作動

重症の場合、誤ったスイッチング信号により、上部ブリッジアームと下部ブリッジアームの間で短絡が発生する可能性があります。

課題3：自動車の信頼性要件

家庭用電子機器とは異なり、車載用電子機器は以下の目的で設計されています。

• 10～15年の耐用年数
• 動作温度：-40℃～125℃
• 連続振動と機械的衝撃

EMIシールド材は、数千回の熱サイクルや振動条件下においても、安定した電気的接触を維持しなければならない。

接触抵抗が増加すると、時間の経過とともに遮蔽効果が低下する可能性がある。

課題4：設置スペースの制限

現代のEV用モーターコントローラーは、より高い電力密度を目指して進化を続けている。

PCBのサイズが小さくなるにつれて、次のような従来のソリューションが利用されてきました。

• 大型遮蔽カバー
• 金属バネ接点
• かさばる接地構造物

貴重なスペースを占有する。

ソフトSMDコンタクトやSMDソフトフォームコンタクト設計などのコンパクトな接地ソリューションは、より効率的な代替手段となる。

2. モーターコントローラー基板における導電性フォームの4つの主要な用途

アプリケーション1：制御基板と金属筐体間のPCB接地

これは、電気自動車のモーターコントローラー内部における導電性フォームの最も一般的な用途の一つです。

動作原理

モーターコントローラーのプリント基板は通常、アルミダイキャスト製の筐体内部に設置されます。

金属製ハウジングには以下の機能があります。

• 機械的保護
• 熱管理
• EMIシールド

プリント基板上の複数の接地ポイントは、低インピーダンスで金属製筐体に接続する必要がある。

これにより、電源部で発生したコモンモードノイズ電流が筐体内に素早く流れ込み、電源システムに戻ることが可能になります。

ソフトSMDコンタクトを使用する理由とは？

従来の接地ソリューションには以下が含まれます。

• 金属バネ接点
• 導電性ゴム柱

しかし、これらの方法には限界がある。

ソフトSMDコンタクトの組み合わせ：

• 弾性シリコーン構造
• 導電性コーティング
• 自動SMTアセンブリとの互換性

従来の金属バネとは異なり、ソフトSMDフォーム接点小さな機械的振動を吸収し、安定した接地性能を維持できる。

SMT導電性フォーム構造の詳細については、以下を参照してください。

SMT EMIシールドガスケットとは何ですか？

用途２：電源エリアと制御エリア間の絶縁シールド

動作原理

モーターコントローラーのプリント基板内部では、電源部と制御部は物理的に分離されていなければならない。

その目的は、スイッチングノイズが高感度回路に結合するのを防ぐことである。

従来の方法では、金属製の遮蔽カバーが使用される。

しかし、金属製のカバーにはいくつかの欠点がある。

• 追加の溶接工程
• 組み立てコストが高い
• シールドとPCB間の隙間からの漏電の可能性

導電性フォーム溶液

電源部と制御部の間には、長方形のFOF導電性発泡ガスケットを取り付けることができます。

圧縮時：

• 上面はアルミニウム製のヒートシンクまたはハウジングに接触する。
• 底面がプリント基板に接触する
• 三次元EMI絶縁バリアが形成される

この構造は、2つの機能領域間の電磁結合を遮断する。

銅箔を使ってみたらどうですか？

銅箔は主に平面遮蔽効果を発揮する。

しかし、モーターコントローラーの構造は、多くの場合、垂直方向の絶縁を必要とする。

導電性フォームは以下を提供します。

• 三次元接触
• ギャップを埋める能力
• 組立公差に対する弾性補正

詳細な材料比較については、以下を参照してください。

導電性フォーム、銅箔、アルミ箔、導電性布地：主な性能比較

用途3：DCバスコンデンサおよびパワーモジュールの接地シールド

動作原理

電気自動車のモーターコントローラー内部では、DCバスコンデンサとパワーモジュールが、高周波電磁ノイズの最も強力な発生源の一つである。

以下の間の大きな電流ループ：

• DCバスコンデンサ
• IGBT/SiC MOSFETモジュール
• 銅製バスバー
• 高電流PCB配線

強力な近接場電磁放射を発生させる。

高周波の帰還経路が適切に制御されていない場合、ノイズが車両システム全体に拡散する可能性があります。

導電性フォーム溶液

導電性フォームは、以下の間に設置できます。

• 電源モジュールハウジング
• DCバスコンデンサ構造
• ヒートシンク
• アルミニウム製筐体

複数の低インピーダンス接地ポイントを作成するため。

このアプローチは以下に役立ちます。

• 高周波帰還経路のインピーダンスを低減する
• 電流ループ面積を最小化する
• 放射性排出量の低減
• 自動車のEMC性能を向上させる

材料選定要件

この領域は通常、高い熱ストレス下で稼働している。

連続運転中、パワーモジュール付近の温度は100℃を超える場合があります。

したがって、自動車用途では通常、以下のことが求められます。

• シリコンフォームコア
• 金メッキ導電性PIフィルム
• 高温耐性構造

標準的な導電性フォームと比較して、金メッキ構造はより優れた耐酸化性と長​​期的な接触信頼性を提供する。

コーティングの選択に関する詳細は、以下をご覧ください。

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？

アプリケーション4：コネクタとハウジング間の360°シールド接地

動作原理

外部コネクタは、EVモーターコントローラにおける重要なEMI漏洩箇所である。

代表的なインターフェースは以下のとおりです。

• 高電圧DC入力コネクタ
• 三相モータ出力コネクタ
• 低電圧信号コネクタ

コネクタが金属製の筐体を貫通する場合、その開口部が「スロットアンテナ」のように機能し、内部の電磁ノイズが外部に漏れ出す可能性がある。

導電性フォーム溶液

リング状の導電性発泡ガスケットが以下の間に取り付けられます。

• コネクタフランジ
• 金属製ハウジング開口部

締め付け後、フォームが圧縮され、360°連続した導電性接続が形成される。

これにより、以下のことが可能になります。

• 完全な電磁シール
• 低インピーダンス接地
• 信頼性の高いギャップ補償

導電性ゴムではなく、導電性フォームを選ぶ理由とは？

導電性ゴムリングもよく使われるが、導電性フォームにはいくつかの利点がある。

小型コネクタのシールド用途において、導電性フォームガスケットは軽量かつ柔軟なソリューションを提供する。

3. 自動車用導電性フォームの特殊要件

自動車用電子機器は、民生用電子機器よりもはるかに高い信頼性が求められる。

EVモーターコントローラーアプリケーションにとって、以下の要件は非常に重要です。

4. モーターコントローラー用導電性フォーム選定ガイド

5. モーターコントローラーのEMIシールドに関するよくある質問

Q1：導電性フォームを使用する代わりに、ネジでモーターコントローラーのPCBを直接接地することはできますか？

ネジは接地ポイントとして機能しますが、プリント基板全体にわたって連続的な接地を保証することはできません。

2本のネジの間には、次のような理由で小さな隙間が生じる場合があります。

• PCBの反り
• 熱膨張
• 機械振動

これらの隙間は、望ましくないスロットアンテナを形成する可能性がある。

導電性フォームは複数の箇所に分散接地を提供し、プリント基板と筐体間の低インピーダンス接続を継続的に維持します。

Q2：ソフトSMD接点はモーターコントローラー内部の温度に耐えられますか？

それは材料の構造によります。

標準的なPUコア導電性フォームは通常、中程度の温度には適していますが、自動車の要件を満たさない場合があります。

EVモーターコントローラー用シリコンコアソフトSMDフォーム接点それらは以下の理由から好まれています。

• -40℃の低温
• 材料構造に応じて、最高280℃までの高温動作が可能

そのため、過酷な自動車環境に適しています。

Q3：車載用ソフトSMDコンタクトと標準的なSMTフォームコンタクトの違いは何ですか？

自動車グレードのソリューションには、いくつかの分野での改善が必要です。

素材レベル

自動車版では通常、以下が使用されます。

• より高グレードのシリコーンエラストマー
• より信頼性の高い導電フィルム
• めっき技術の改良

製造レベル

彼らには以下が求められます。

• IATF16949 品質マネジメント
• バッチトレーサビリティ
• 厳格なプロセス管理

信頼性試験

自動車製品はより厳しい基準を満たさなければならない：

• 熱サイクル試験
• 振動試験
• 老化試験
• 腐食試験

Q4：モーターコントローラーのEMIシールドが故障した場合、どうなりますか？

EMI制御が不十分だと、以下のような問題が発生する可能性があります。

• CAN/LIN通信エラー
• レゾルバのフィードバック信号が正しくありません
• 運動制御精度の低下
• EMC認証試験に不合格
• 電源装置の誤作動

深刻な状況では、誤ったスイッチングによってIGBTまたはSiC MOSFETモジュールが損傷する可能性があります。

Konlidaを選ぶ理由とは？

コンリダ精密電子株式会社当社は2006年に設立され、EMIシールド材および精密導電性フォームソリューションの開発と製造を専門としています。

SMT導電性フォーム製品の量産が可能な初期メーカーの一つとして、コンリダは自動車グレードのシールドソリューションを開発してきました。

• EVモーターコントローラー
• バッテリー管理システム（BMS）
• 自動車用電子制御ユニット
• 産業用パワーエレクトロニクス

当社の自動車用導電性フォームソリューションは以下をサポートします：

• 金メッキ
• 錫メッキ
• ニッケルメッキ
• シリコーンフォーム構造
• SMT自動組立

シリコーンコア材料は、最高280℃までの高温用途に対応しており、 SMDソフトフォームコンタクト当社のソリューションは、自動車業界のお客様が安定したPCB接地と長期的なEMC信頼性を実現するのに役立ちます。

Konlidaは、材料選定や構造設計からプロトタイプの検証、量産に至るまで、次世代電動パワートレインシステム向けに包括的なEMIシールドサポートを提供します。