Piirilevyjen rooli sähköajoneuvoissa | JH PCBA

Raskaat kuparipiirilevyt

Autoteollisuus on käyttänyt raskaita kuparisia piirilevyjä jo jonkin aikaa, lähinnä rele- ja sulakekoteloissa. Sähkötehon lisääntyessä monissa sovelluksissa tämä tekniikka on elpymässä. Raskaiden kuparikerrosten käyttämisessä voimalinjoina on lisäetuna parasiittisen induktanssin vähentäminen, koska monikerroslevyissä on mahdollista pinota johtimet päällekkäin. Piirilevyjen valmistajat toteuttavat usein jopa neljä kerrosta, joiden sisäkerroksissa on 12 unssia kuparia, mikä johtaa yli 1000 A:n potentiaaliseen kantokykyyn. Vaikka sisäkerrokset ovat 400 µm paksuja, valmistajien on pidettävä ulompien kerrosten raskas kupari alle 150 µm. Jos näin ei tehdä, juotosmaskiprosessi vaatii lisäponnisteluja riittävän sähköeristyksen aikaansaamiseksi.

Power Combi-board

Raskaalla kuparitekniikalla on haittapuoli. Hienojakoisia rakenteita ei voida syövyttää raskaan kuparin mukana. Siksi useimmissa tehoelektroniikkajärjestelmissä on tavallista käyttää erillistä ohjauskorttia, jossa käytetään tavallista kuparin paksuutta pinta-asennustekniikalla asennettaessa, ja tehoaste, jossa on raskas kuparirakenne. Tämä vaatii asennustilan, jossa on riittävästi tilaa molemmille levyille, mukaan lukien kaikki ne yhdistävät liittimet.

Piirilevyjen valmistajat ovat kehittäneet tehoyhdistelmäkortin saavuttamaan molempien vaatimukset yhdessä rakenteessa. Ne asentavat paksua kuparia sisäkerroksiin vakiokuparirakenteen rinnalle. Yhteinen ulkokerros, jossa käytetään SMT-yhteensopivaa kuparipaksuutta, toimii sähköliitännänä koko levylle.

Raskaiden kuparikerrosten välinen eristyskerros toimii kuitenkin esteenä optimaaliselle lämmönsiirrolle z-akselilla. Koska raskas kupari-PCB-tekniikka on hyödyllinen suurten virtojen hallinnassa, asianmukainen lämmönpoisto vaatii muita tekniikoita, kuten eristettyjä metallialustoja ja inlay-tekniikkaa.

Eristetty metallialusta 

Pääasiassa metallista jäähdytyslevystä koostuvassa eristetyssä metallisubstraatissa on ohut eristekerros, joka erottaa yläosassa olevan yksittäisen kuparikerroksen metallijäähdytyselementistä. Tämä rakenne on erittäin hyödyllinen yksinkertaisissa malleissa, joissa on monia lämpöä tuottavia komponentteja. Monimutkaisemmissa malleissa yksikerroksinen reititys ei kuitenkaan välttämättä ole riittävä, ja useampi kuin yksi kerros voi olla tarpeen.

Useimmissa eristetyissä metallisubstraattimalleissa käytetään alumiinia jäähdytyselementtinä. Tämä vähentää painoa, mutta tuo korkean CTE:n, mikä heikentää suunnittelun luotettavuutta. Luotettavuuden parantamiseksi suunnittelijat käyttävät kuparia jäähdytyselementin materiaalina. Tämä auttaa myös parantamaan levyn lämpökapasiteettia.

Inlay-tekniikka

Lämmön tulee kulkea kuumasta komponentista jäähdytyselementtiin mahdollisimman lyhyesti, koska tämä minimoi lämmönvastuksen. Useimmissa tapauksissa lämpö kulkee z-akselilla, alkaen kuumasta komponentista kootussa piirilevyn yläosassa, kulkeen levyn läpi ennen kuin se saavuttaa levyn pohjassa olevaan jäähdytyselementtiin.

Jäähdytyselementin kiinnittämisen sijaan piirilevyjen valmistajat laminoivat nyt massiivisen kuparipinnoitteen piirilevyyn. Tämä vähentää lämpövastusta oleellisesti. Sen lisäksi, että inlaya käytetään nieluna lämmön haihduttamiseen, sitä voidaan käyttää myös suurten virtojen kuljettamiseen, koska sen ohminen vastus on pieni.

Chip Embedding Technology

Perinteiset tekniikat kohtaavat kuitenkin rajoituksia, kun ne asennetaan rajoitettuihin ja ahtaisiin tiloihin, etenkin kun tehotiheys on korkea. Tilan säästämiseksi piirilevyjen valmistajat vaativat pienentämistä, ja he saavuttavat tämän asentamalla joitain komponentteja levyn sisään sen ulkopinnan sijaan.

Lämmönpoiston parantamiseksi piirilevyn sisällä olevasta kuumasta komponentista jäähdytyselementtiin valmistajien on käytettävä tehopuolijohdetta, jossa on lyijykehys. Tämä toimii lämmönlevittäjänä, mikä vähentää lämpövastusta merkittävästi. Yläosassa oleva raskas kuparikerros auttaa yhdistämään koskettimet käyttämällä kuparilla täytettyjä mikroläpivientejä perinteisten tehomoduulien käyttämien liitosjohtojen sijaan. Tämä tekniikka ei ainoastaan ​​auta lämmönpoistoon, vaan myös parantaa monia sähköisiä parametreja, kuten:

Valtion vastarinta:

Sirujen upottaminen käytännössä eliminoi sidoslangat ja niihin liittyvän pakkauksen vastuksen. Tarkka resistanssiarvo riippuu kuitenkin puolijohdetekniikan sukupolvesta, sen jänniteluokasta ja paketin tyypistä.

Lämpövastus:

Lyijyrunko tarjoaa erinomaisen lämmön leviämisen ja parantaa siten järjestelmän lämmönkestävyyttä merkittävästi. Lisäksi johtorungon lämpökapasiteetti parantaa myös laitteen kestävyyttä ja sen lämpöimpedanssia.

Vaihtoteho:

Sirun yläosassa on lähes tasainen yhteys läpivienteihin, jolloin saavutetaan erittäin alhainen loisinduktanssiarvo. Tämä johtaa myös erittäin lyhyisiin etäisyyksiin tehopuolijohteen ja DC-välipiirin kondensaattorien välillä. Edellä olevan nettovaikutus mahdollistaa nopeamman vaihdon huomattavasti pienemmillä häviöillä. Tämä pätee erityisesti nykyaikaisiin nopeasti vaihtaviin teknologioihin, joissa käytetään SiC- ja GaN-puolijohteita.

Miniatyrisointi:

Nykyiset ja tulevat sovellukset tarvitsevat usein muodon pienentämistä, mutta vaativat lisätoimintoja. Sirujen upottaminen auttaa säästämään arvokasta tilaa piirilevytasolla.

Korkeampi luotettavuus:

Keramiikan tai sidoslankojen vaihtaminen parantaa merkittävästi järjestelmän luotettavuutta. Esimerkiksi tehonkiertotestit 120 K lämpötilaerolla levyillä sulautettua tekniikkaa käyttäen osoittivat, että ne kestivät yli 700 000 aktiivista sykliä.

Kustannusten alennus:

Merkittävät kustannussäästöt ovat mahdollisia siruteknologian avulla. Tämä johtuu yleisestä tilansäästöstä, sisäänrakennetusta eristyksestä, alhaisemmista EMC-ongelmista, pienemmistä passiivisista komponenteista, pienempää sirun pinta-alaa vaativista tehokomponenteista, optimoidusta jäähdytyksestä ja säästöjä kaapeleissa ja liittimissä.

Hyödyllinen laajakaistaisille ja korkeajännitepuolijohteille

Piirilevyjen piirien upotusteknologiat parantavat tehoelektroniikkasovellusten suorituskykyä. Tällä uudella tekniikalla on erittäin alhainen loisinduktanssi, mikä tukee pienihäviöistä kytkentää korkeilla taajuuksilla. Tämä on erittäin toivottavaa käytettäessä laajakaistaisia ​​puolijohteita ja seuraavan sukupolven autokäytöissä, joissa käytetään SiC- ja GaN-laitteita.

Sisäänrakennettu eristys auttaa Smart Pack -komponenttien kokoamisessa suoraan jäähdytyselementtiin. Vaatimuksesta riippuen TIM tai lämpörajapintamateriaali voi olla joko sähköä johtavaa tai ei-johtavaa.

Virrantunnistus shunteilla on yleinen käytäntö. Valmistajat käyttävät shuntteja sähkömoottoreiden vaihevirtojen mittaamiseen sähköautoissa. Shuntit, jotka ovat suhteellisen suuria komponentteja, ovat hyviä ehdokkaita miniatyrisointiin. Upottamalla shuntti Smart Pack -komponentiksi parantaa sen lämmönpoistoa dramaattisesti. Tämä lisää mahdollisuutta käyttää shuntteja jopa 300 A:n virtojen mittaamiseen. Luotettavuuden parantamiseksi valmistajat vaihtavat shuntin ja levypiirin juotosliitokset mikroläpiviennillä.

Johtopäätös

PCB Trace Technologies Inc:n mukaan uudet piirilevyteknologiat tukevat sähköajoneuvoja monin tavoin. Ne eivät ainoastaan ​​minimoi muototekijöitä, vaan lisäävät järjestelmän suorituskykyä ja luotettavuutta vähentämällä kustannuksia järjestelmätasolla. Tehoelektroniikkalaitteen upottaminen piirilevyyn auttaa korvaamaan perinteisen tehomoduulin, parantamaan järjestelmän suorituskykyä ja luotettavuutta merkittävästi. Tämä ei ole hyödyllistä vain pienjännitesovelluksissa, vaan myös korkean virran käytössä sekä suurjännitesovelluksissa, joissa on laaja kaistaväli.

• perustamisvuosi
  --
• Yritystyyppi
  --
• Maa / alue
  --
• Pääteollisuus
  --
• päätuotteet
  --
• Yrityksen oikeushenkilö
  --
• Työntekijät yhteensä
  --
• Vuosittainen tuotosarvo
  --
• Vientimarkkinat
  --
• Yhteistyönä olevat asiakkaat
  --