La arquitectura del vehículo se encuentra actualmente en un período crítico de transformación. Con el aumento de los vehículos eléctricos, hay un avance significativo en el diseño de arquitectura, que representa una excelente oportunidad para repensar el diseño de arquitectura eléctrica y electrónica. Mientras tanto, debido a la gran cantidad de contenido existente que aún está presente en los vehículos híbridos e internos de motor de combustión, la adopción de métodos innovadores se ha vuelto igualmente importante. La tendencia de transición de 12V a 48V tramos en todos los modelos de vehículos, brindando la oportunidad de volver a examinar los cables y conectores utilizados durante todo el proceso.
En este contexto, los cables planos se han convertido en una opción clave para las conexiones de potencia y señal en situaciones específicas. Los cables planos flexibles y los circuitos impresos flexibles son los dos tipos principales, que exhiben ventajas únicas en tamaño, peso, disipación de calor y automatización. Para utilizar completamente estas ventajas, se necesitan nuevas tecnologías de fabricación, componentes y sistemas de conexión, y desarrollarlas abrirá nuevos horizontes de flexibilidad de diseño.
Al examinar la estructura interna de los vehículos eléctricos de batería de hoy, la característica aplanada de su construcción se puede observar claramente, principalmente debido a que los módulos de la batería se están arreglando bien debajo del piso de la cabina de manera similar. Al mismo tiempo, la interconexión de varios componentes a través de una gran cantidad de líneas eléctricas, líneas de señal y líneas de datos es particularmente prominente.
Combinando los dos factores anteriores, no es difícil entender por qué los fabricantes de automóviles se centran cada vez más en la estrategia de usar cables planos en el diseño de arquitectura eléctrica/electrónica.
La aplicación de tecnología de cable plana en la industria automotriz no es un fenómeno nuevo. Desde la década de 1960, esta tecnología se ha utilizado para la conectividad del automóvil, con el objetivo de reducir la ocupación espacial. Sin embargo, con la popularidad de los cables y terminales de calibre fino, los fabricantes de equipos originales (OEM) tienden a usar cables circulares para satisfacer la mayoría de sus necesidades.
En la actualidad, para apoyar vehículos con ricas funciones y electrificación, los requisitos de densidad para el cableado y las conexiones en la industria han alcanzado alturas sin precedentes. En este contexto, los cables planos demuestran sus ventajas únicas, que incluyen reducir el peso, la reducción del volumen, mejorar la eficiencia de la disipación de calor y apoyar niveles más altos de automatización.
Clasificación y características de los cables planos
Los cables planos se dividen principalmente en dos categorías: cables planos flexibles (FFC) y placas de circuito impresos flexibles (FPC), cada una con diferentes ventajas y limitaciones.
Cable plano flexible
Los cables planos flexibles (FFC) están compuestos por varios conductores de cobre o aluminio rectos dispuestos paralelos, que están aislados al extruir materiales de aislamiento termoplástico como poliuretano o laminados con materiales de cobertura como tereftalato de polietileno. Posteriormente, la tecnología láser se utiliza para cortar el material laminado para exponer los puntos de contacto en el conductor. Dada la naturaleza lineal de los FFC, a menudo se doblan para formar la forma deseada.
El proceso de producción continuo de FFC permite la personalización arbitraria de su longitud. El grosor del conductor puede alcanzar más de 1 mm, pero los conductores más gruesos harán que los FFC sean más rígidos. El ancho de un solo conductor generalmente no excede los 16 mm, mientras que el ancho máximo de los FFC depende del proceso de producción. La producción de FFC es el método más rápido y rentable para hacer cables planos.
Placa de circuito impreso flexible
Los FPC están hechos de laminados flexibles revestidos de cobre. Según el patrón deseado, el cobre se elimina mediante el enmascaramiento y el grabado químico, seguido de la aplicación de un material de cubierta con un corte para exponer el área de contacto del conductor.
Los FPC no solo pueden reemplazar los cables tradicionales, sino que también reemplazar las placas de circuito impresos rígidos tradicionales. Admiten conductores de múltiples capas y pueden integrar componentes electrónicos con dispositivos de montaje en superficie, fusibles e intersecciones. En comparación con los FFC, los FPC son más duraderos y admiten un ancho máximo de 600 mm.
Los FPC generalmente se limitan a un grosor de 2 onzas de cobre y una longitud de 1,2 metros, y el proceso de grabado químico genera desechos de materiales significativos. Además de FFC y FPC, se están desarrollando otras tecnologías de cable plano para posibles aplicaciones automotrices, y se espera que la innovación en este campo se acelere.
En comparación con los arneses de cableado tradicionales, el uso de cables planos tiene varias ventajas significativas.
Tamaño y peso: la tecnología de cable plano permite el uso de conductores más delgados al tiempo que mantiene la resistencia mecánica y la durabilidad, lo que generalmente resulta en una reducción de peso de hasta el 40% y una reducción de volumen de hasta el 35% para el sistema de arnés de cableado general. Esto incluye una consideración integral de todos los componentes relacionados, como conectores, accesorios y correas.
El diseño estructural único de los cables planos es la clave para lograr estas reducciones significativas. Para los cables circulares tradicionales, cualquier reducción en el tamaño está limitada por el hecho de que un solo cable y sus terminales deben poder resistir cualquier estrés o deformación experimentado por los puntos de conexión y los arneses de cableado. Por el contrario, los cables planos están compuestos de múltiples capas, que no solo proporcionan alivio del estrés, sino que también garantizan la firmeza de las conexiones terminales, lo que permite el uso de conductores más finos en muchos escenarios de aplicación.
Rendimiento de disipación de calor: en comparación con los cables circulares, los cables planos exhiben un excelente rendimiento térmico. Específicamente, los cables planos tienen un área superficial más grande en condiciones de igual volumen, promoviendo efectivamente la disipación de calor y permitiendo que los conductores del mismo volumen transporten corrientes más altas.
Flexibilidad en el diseño: los cables planos tienen múltiples ventajas significativas. Son particularmente adecuados para aplicaciones con estructuras planas, como estar integradas en módulos de batería. Su alta flexibilidad lo convierte en una opción ideal para adaptarse a los deportes o pequeños entornos de radio de flexión, como en las bolsas de aire del volante. Los cables planos se pueden fijar con adhesivos sin la necesidad de accesorios mecánicos y sin la necesidad de correas adicionales o capas protectoras, que generalmente son necesarias para proteger los arneses de cableado tradicionales.
