Alttan-Yan Soğutmadan Üste-Yan Soğutma: EV Güç Sistemlerinde Yapısal Evrim
Yerleşik{0}şarj cihazları (OBC'ler), DC/DC dönüştürücüler ve invertörler elektrikli araçlardaki tipik yüksek güç-yoğunluğuna sahip bileşenlerdir. EV platformları geliştikçedaha yüksek entegrasyon, hafif tasarımve 800 V mimarilerde mevcut kurulum alanı giderek kısıtlanırken güç çıkışı artmaya devam ediyor.
Araç ağırlığını azaltmak, sürüş menzilini genişletmek ve yeni-nesil yüksek-voltaj platformlarının gereksinimlerini karşılamak için güç cihazları, daha yüksek güç yoğunluğuna ve daha küçük form faktörlerine doğru itiliyor. Bu koşullar altında,termal yönetim ve elektrik yalıtım tasarımıMOSFET'ler gibi-güç cihazlarının-çoğu yeni zorluklarla karşı karşıyadır.
Neden Üst-Yan Soğutma, Yüksek Güç Yoğunluğu İçin Tercih Edilen Seçim Haline Geliyor?
Geleneksel tasarımlarda çoğu MOSFET, Alttan-Yan Soğutmayı (BSC) benimser. Tipik ısı dağıtım yolu:
Kalıp → Paket tabanı → Lehim katmanı → PCB → Soğutucu / Soğuk plaka
Bu konfigürasyonda ısı, lehim katmanları ve termal kanallar yoluyla PCB'ye aktarılır ve daha sonra alta monte edilmiş bir soğutucu veya soğuk plaka tarafından- uzaklaştırılır. Bu yaklaşımın bazı doğal sınırlamaları vardır:
► Nispeten yüksek termal direnç sağlayan uzun ve karmaşık bir termal yol.
►PCB'nin alt tarafı termal amaçlar için temiz kalmalıdır, bu da bileşen yerleşimini sınırlandırır.
►Daha düşük alan kullanımı ve artırılmış toplam PCB boyutu.
Güç yoğunluğunun artmaya devam ettiği EV OBC'lerde, DC/DC dönüştürücülerde ve invertörlerde, bu kısıtlamalar sistem-düzeyi optimizasyonunu giderek sınırlıyor.
Sonuç olarak TSC, yeni-nesil güç cihazları ve güç modülleri için ana akım mimari haline geliyor.
Üst-Yan Soğutmanın (TSC) Temel Avantajları
Üst-taraflı bir soğutma yapısında, MOSFET paketinin üst yüzeyi bir soğutucu veya soğuk plaka ile doğrudan temas halindedir. Termal yol şu şekilde basitleştirilmiştir:
Kalıp → Paket üstü → Soğutucu / Soğuk plaka
► Isının artık PCB'den geçmesi gerekmediği için daha kısa termal yol ve daha düşük termal direnç
► Özellikle yüksek geçici güç koşullarında izin verilen daha yüksek güç kaybı
► Çift-taraflı PCB popülasyonu, çünkü artık ısının uzaklaştırılması için PCB tabanına gerek yoktur
► Kompakt ve modüler tasarımları destekleyen gelişmiş sistem entegrasyonu ve otomasyon uyumluluğu
► Elektrikli ve yüksek-hacimli EV uygulamaları için çok uygun olan, sistem-düzeyinde verimlilik ve maliyet avantajları
TSC Kapsamında Yeni Zorluklar: Termal İletken Yalıtım Kaplaması
Güç yoğunluğu artmaya devam ettikçe arayüz malzemelerinin de teslim edilmesi gerekiyordaha hızlı termal yanıt, yüksek-voltaj yalıtımı güvenilirliği ve üretim tutarlılığı.
Geleneksel olarak, üst-taraftaki soğutma arayüzleri bir"TIM + yalıtım levhası + TIM"sandviç yapı: TIM katmanları yüzey boşluklarını doldurur ve ısıyı iletir. Yalıtım levhaları yüksek-voltajlı elektrik izolasyonu sağlar. Kanıtlanmış ve güvenilir olmasına rağmen bu yaklaşım, kompakt, yüksek-güçlü sistemlerde sınırlamalar gösterir:
► Çoklu arayüzler geçici termal tepkiyi yavaşlatır
►Daha sıkı tolerans kontrolüyle montaj karmaşıklığı artar
►BOM ve üretim maliyetleri artmaya devam ediyor
Bu arka plana karşı, termal iletken yalıtım kaplamaları, üst taraftaki soğutma mimarileri için entegre bir arayüz çözümü olarak dikkat çekiyor.
★ Tek, sürekli, ince ve tekdüze bir kaplama aynı anda bağlanma, ısı iletimi ve elektrik yalıtımı sağlayabilir.
MCOTI MEP 37 Serisi: Termal İletken Yalıtım Kaplamaları
Yeni-nesil EV güç sistemlerinin ve üstten-soğutmalı güç cihazlarının gereksinimlerini karşılamak için MCOTI, MEP 37 serisi termal iletken yalıtım kaplamalarını geliştirdi.
MEP 37 serisi doğrudan soğutuculara veya metal taban plakalarına uygulanabilir.100~250μm'lik ultra-ince kaplama kalınlığıyla, 3.000~6.000V dielektrik dayanma kapasitesi sunar.üst-taraf soğutma tasarımları için optimize edilmiş, yüksek-performanslı bir çözüm oluşturmak.
Temel Faydalar
● Arayüz entegrasyonu: Geleneksel yalıtım levhalarını tek bir sürekli kaplamayla değiştirir, arayüz sayısını azaltır ve termal yolu kısaltır
● Ultra-düşük termal direnç: Şu kadar düşük0,16 K·cm²/W, mükemmel uzun-vadeli termal kararlılığa sahip
● Otomotiv-sınıfında güvenilirlik doğrulaması:
■ Nemli ısı: 1539H @ 85 derece / %85 RH
■ Termal şok: −40 ila 125 derece arasında 790 döngü
■ Yüksek-sıcaklıkta eskitme: 2000H @125 derece
● Dielektrik dayanım gerilimi:4,3 kV (tüm testler tutarlı termal performansla geçmiştir)
Sistem-düzeyinde maliyet düşüşü:BOM analizi yaklaşık olarak şunu gösterir:40% malzeme maliyetinin azaltılması,daha düşük işçilik ve montaj maliyetleriyle birlikte
● Yüksek proses verimliliği:Hızlı kürlenen sprey uygulaması, kısa çevrim süreleri ve yüksek verim sağlar
● Ölçeklenebilir üretim:Otomatik püskürtme işlemleriyle uyumlu olup hacimli üretimi ve süreç tutarlılığını destekler
Grafik 1: MCOTI Kaplama Çözümlerinin Malzeme Maliyetlerinin Geleneksel Yalıtım Levhalarıyla Karşılaştırılması
Grafik 2: MCOTI Kaplama Çözümlerinin Malzeme Maliyetlerinin Geleneksel Yalıtım Levhalarıyla Karşılaştırılması
