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热管理技术提高了汽车ECU的可靠性

星星科技指导员 来源:嵌入式计算设计 作者:Rich Nass 2022-06-15 17:37 次阅读

当你想到它时,这很讽刺。第一个集成电路的发明者杰克·基尔比(Jack Kilby)被迫这样做,部分原因是为了找到一种方法来替换当时使用的发热真空管。热量问题“解决了”,他的发明将继续成为电子行业发展的基础。

现在,随着我们进入普及汽车电子的新时代,我们需要再次转向热量的根本问题,这一次是为了保护 Kilby 帮助传播的那些非常电子的 IC 和系统。现在的挑战是减轻极端温度和引擎盖下热循环的影响。

第一个 IC 是 Jack Kilby 于 1958 年发明的,部分原因是为了移除执行现在由晶体管执行的开关功能的微型加热器(又名:真空管)。具有讽刺意味的是,Kilby 的发明变得如此多产,并且具有如此高的密度和无处不在的适用性,我们又回到了材料层面来管理热量。

对于组件和 IC,设计人员投入了大量精力来选择最适合正在开发的汽车电子控制单元 (ECU) 的组件和 IC。该 ECU 可以是底盘和安全控制单元、发动机控制单元,甚至是监控和通信网关单元。无论 ECU 是什么,设计人员都会选择组件,为他们的设计计算适当地降低它们的功率,然后期望它们能够持续使用汽车可能运行的 10 到 15 年。任务完成。

不完全的。这些组件可能运行良好,但前提是它们放置在从头开始设计的 PCB 上,以在汽车的极端热和振动环境中保持其结构完整性。

几十年来,印刷电路板(PCB 或印刷线路板 (PWB))一直是连接电子系统组件(如电阻器、集成电路、电容器连接器电感器)的最常见方式。

它们的基本结构没有太大变化,由一层浸渍有环氧树脂的玻璃布(预浸料)组成,上面铺设了铜或铝迹线。这些走线使用过孔、盲孔和内部过孔连接到各个层,并连接组件及其信号、电源和接地层。

多年来,作为电子产品的服务盘,PWB 因振动而产生的机械应力已得到充分证明。加强连接点并确保足够的刚度,这非常好。

然而,在受热的情况下,树脂材料(CTE 为 30 至 40)与金属层和通孔(CTE 为 18,对于铜)之间的不同热膨胀系数 (CTE) 可能会造成严重破坏,如果出现以下情况,可能会导致导体受压和破裂PWB的构造中没有使用正确的材料和结构。

当然,预浸料的使用限制了树脂材料在 xy 轴上的 CTE,但树脂仍必须膨胀,因此它在 z 轴上膨胀,因此将重点放在 CTE z上,因为它是重要的变量。

然而,另一个要考虑的因素是玻璃化转变温度,Tg。高于 Tg,材料膨胀率增加,可能达到 400 的 CTE。

再加上 RoHS 无铅焊接要求,以及由此产生的高温回流焊温度,这显然是对可靠 ECU 的基于 PWB 的尖端热管理回归基础的案例。

基本材料,就是这样。随着他们的建设。这就是金属包覆基板 (MCS)的产生方式。MCS 是用于温度敏感应用的导热基材。铜包电介质和铝载体的组合提供了有效的散热,并提供了主动冷却方法和厚膜技术的替代方案。除了高导热性之外,MCS(包括 Isola 提供的材料)还提供非常高的热可靠性和机械可靠性。

可以选择不同的电介质来为每个应用创建理想的 MCS。对于这些“lambda 材料”,DE104、IS410、370HR 或 IS450,预浸料可用作模块化配置的一部分。这些预浸料系统的热导率介于 0.23 (DE104) 和 1.0 W/m*K (IS450) 之间。IS450 的高 Tg 环氧树脂系统可以通过使用特殊填料进行改性,以获得比标准系统更高的导热率。

基于 MCS 结构的配置及其高效散热,可以减少结构间距并提高功率密度,从而实现传统基材难以实现的更小组件。

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图 2:金属包覆基板将铜箔蚀刻成 PWB(或 PCB)上所需的电路图案,金属基底通过薄的预浸料带走电路中的热量。预浸料使用专有树脂来实现比标准 FR4 更高的热导率。(点击图片放大)

除了汽车 ECU,MCS 的其他应用还包括大功率 LED 模块、转换器、散热电路和工业电子产品。

是呢环保局:郭婷

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