จากด้านล่าง-การระบายความร้อนด้านข้างสู่ด้านบน-การระบายความร้อนด้านข้าง: วิวัฒนาการเชิงโครงสร้างในระบบไฟฟ้า EV
เครื่องชาร์จแบบออนบอร์ด (OBC) ตัวแปลง DC/DC และอินเวอร์เตอร์เป็นส่วนประกอบที่มีความหนาแน่นกำลังสูง-โดยทั่วไปในยานพาหนะไฟฟ้า เมื่อแพลตฟอร์ม EV พัฒนาไปสู่บูรณาการที่สูงขึ้น การออกแบบที่มีน้ำหนักเบาและสถาปัตยกรรม 800 V กำลังไฟฟ้าที่ส่งออกยังคงเพิ่มขึ้น ในขณะที่พื้นที่การติดตั้งที่มีอยู่มีข้อจำกัดมากขึ้น
เพื่อลดน้ำหนักยานพาหนะ ขยายระยะการขับขี่ และตอบสนองความต้องการของ-แพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้าสูง-รุ่นถัดไป อุปกรณ์กำลังจึงถูกผลักดันไปสู่ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้นและฟอร์มแฟคเตอร์ที่เล็กลง ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้การจัดการความร้อนและการออกแบบฉนวนไฟฟ้าของอุปกรณ์จ่ายไฟ-เช่น MOSFET- เผชิญกับความท้าทายใหม่ๆ
เหตุใดการทำความเย็นด้านข้าง-ด้านบนจึงเป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับความหนาแน่นของพลังงานสูง
ในการออกแบบทั่วไป MOSFET ส่วนใหญ่ใช้การระบายความร้อนด้านล่าง- (BSC) เส้นทางการกระจายความร้อนโดยทั่วไปคือ:
Die → ด้านล่างของแพ็คเกจ → ชั้นประสาน → PCB → ฮีทซิงค์ / แผ่นเย็น
ในการกำหนดค่านี้ ความร้อนจะถูกถ่ายโอนผ่านชั้นบัดกรีและจุดผ่านความร้อนไปยัง PCB จากนั้นนำความร้อนออกโดย-ฮีทซิงค์หรือแผ่นทำความเย็นที่ติดตั้งด้านล่าง วิธีการนี้มีข้อจำกัดโดยธรรมชาติหลายประการ:
► เส้นทางความร้อนที่ยาวและซับซ้อน ส่งผลให้มีความต้านทานความร้อนค่อนข้างสูง
►ด้านล่างของ PCB จะต้องใสอยู่เสมอเพื่อวัตถุประสงค์ในการระบายความร้อน ซึ่งจำกัดการวางตำแหน่งส่วนประกอบ
►การใช้พื้นที่ลดลงและเพิ่มขนาด PCB โดยรวม
ใน EV OBC, ตัวแปลง DC/DC และอินเวอร์เตอร์ ซึ่งความหนาแน่นของพลังงานยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ข้อจำกัดเหล่านี้จะจำกัด-การเพิ่มประสิทธิภาพระดับของระบบมากขึ้นเรื่อยๆ
ด้วยเหตุนี้ TSC จึงกลายเป็นสถาปัตยกรรมกระแสหลักสำหรับอุปกรณ์จ่ายไฟและโมดูลจ่ายไฟรุ่นถัดไป
ข้อได้เปรียบที่สำคัญของการทำความเย็นด้านข้าง-ด้านบน (TSC)
ในโครงสร้างระบายความร้อนด้านบน- พื้นผิวด้านบนของแพ็คเกจ MOSFET จะสัมผัสโดยตรงกับฮีทซิงค์หรือแผ่นทำความเย็น เส้นทางความร้อนถูกทำให้ง่ายขึ้นเป็น:
ดาย → ด้านบนของแพ็คเกจ → ฮีทซิงค์ / แผ่นเย็น
► เส้นทางความร้อนสั้นลงและความต้านทานความร้อนลดลง เนื่องจากความร้อนไม่จำเป็นต้องผ่าน PCB อีกต่อไป
► การกระจายพลังงานที่อนุญาตได้สูงกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้สภาวะพลังงานไฟฟ้าชั่วคราวสูง
► จำนวน PCB สอง- เนื่องจากไม่จำเป็นต้องใช้ PCB ด้านล่างในการระบายความร้อนอีกต่อไป
► ปรับปรุงการรวมระบบและความเข้ากันได้ของระบบอัตโนมัติ รองรับการออกแบบที่กะทัดรัดและโมดูลาร์
► ประสิทธิภาพระดับระบบ-และผลประโยชน์ด้านต้นทุน เหมาะอย่างยิ่งสำหรับแอปพลิเคชัน EV ที่ใช้ไฟฟ้าและปริมาณสูง-
ความท้าทายใหม่ภายใต้ TSC: การเคลือบฉนวนนำความร้อน
เนื่องจากความหนาแน่นของพลังงานยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง วัสดุเชื่อมต่อจึงต้องส่งมอบตอบสนองต่อความร้อนได้เร็วขึ้น -ความน่าเชื่อถือของฉนวนไฟฟ้าแรงสูง และความสม่ำเสมอในการผลิต
ตามธรรมเนียมแล้ว อินเทอร์เฟซการทำความเย็นด้านบน-จะขึ้นอยู่กับ“ทิม+แผ่นฉนวน+ทิม”โครงสร้างแซนวิช: ชั้น TIM เติมช่องว่างบนพื้นผิวและนำความร้อน แผ่นฉนวนช่วยแยกกระแสไฟฟ้าแรงสูง- แม้ว่าจะได้รับการพิสูจน์และเชื่อถือได้ แต่แนวทางนี้แสดงให้เห็นข้อจำกัดในระบบกำลังสูง-ขนาดกะทัดรัด:
► อินเทอร์เฟซหลายตัวชะลอการตอบสนองความร้อนชั่วคราว
►ความซับซ้อนในการประกอบเพิ่มขึ้น พร้อมการควบคุมความทนทานที่เข้มงวดยิ่งขึ้น
►BOM และต้นทุนการผลิตยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง
เมื่อเทียบกับพื้นหลังนี้ การเคลือบฉนวนนำความร้อนกำลังได้รับความสนใจในฐานะโซลูชันอินเทอร์เฟซแบบรวมสำหรับสถาปัตยกรรมการทำความเย็นด้านบน-
★ การเคลือบเดี่ยว ต่อเนื่อง บาง และสม่ำเสมอสามารถให้การยึดเกาะ การนำความร้อน และฉนวนไฟฟ้าไปพร้อมๆ กัน
MCOTI MEP 37 Series: สารเคลือบฉนวนนำความร้อน
เพื่อตอบสนองความต้องการของ-ระบบพลังงานไฟฟ้า EV ยุคถัดไปและอุปกรณ์จ่ายไฟระบายความร้อนด้านบน- MCOTI ได้พัฒนาการเคลือบฉนวนนำความร้อนซีรีส์ MEP 37
ซีรีส์ MEP 37 สามารถนำไปใช้กับฮีทซิงค์หรือแผ่นฐานโลหะได้โดยตรงด้วยความหนาเคลือบบางพิเศษ-ที่ 100~250μm ทำให้มีความสามารถในการทนต่ออิเล็กทริกที่ 3,000~6,000Vสร้างโซลูชันประสิทธิภาพสูง-ที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับการออกแบบการระบายความร้อนด้านบน-
ประโยชน์ที่สำคัญ
● การรวมอินเทอร์เฟซ: แทนที่แผ่นฉนวนแบบเดิมด้วยการเคลือบต่อเนื่องเพียงครั้งเดียว ช่วยลดจำนวนอินเทอร์เฟซและทำให้เส้นทางความร้อนสั้นลง
● ต้านทานความร้อนต่ำเป็นพิเศษ-: ต่ำที่สุด0.16 K·ซม.²/วัตต์พร้อมเสถียรภาพทางความร้อนที่ยอดเยี่ยมในระยะยาว-
● การตรวจสอบความน่าเชื่อถือของเกรดยานยนต์-:
■ ความร้อนชื้น: 1539H @ 85 องศา / 85% RH
■ การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบฉับพลัน: 790 รอบ @ −40 ถึง 125 องศา
■ การเสื่อมสภาพของอุณหภูมิสูง-: 2000H @125 องศา
● อิเล็กทริกทนต่อแรงดันไฟฟ้า:4.3 kV (การทดสอบทั้งหมดผ่านการทดสอบด้วยประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่สม่ำเสมอ)
การลดต้นทุนระดับระบบ-:การวิเคราะห์ BOM บ่งชี้โดยประมาณ40% การลดต้นทุนวัสดุพร้อมกับค่าแรงและค่าประกอบที่ลดลง
● ประสิทธิภาพกระบวนการสูง:การฉีดพ่นด้วยการบ่มอย่างรวดเร็วทำให้รอบเวลาสั้นและให้ผลผลิตสูง
● การผลิตที่ปรับขนาดได้:เข้ากันได้กับกระบวนการพ่นแบบอัตโนมัติ รองรับการผลิตตามปริมาณและความสม่ำเสมอของกระบวนการ
แผนภูมิที่ 1: การเปรียบเทียบต้นทุนวัสดุของโซลูชันการเคลือบ MCOTI กับแผ่นฉนวนแบบดั้งเดิม
แผนภูมิที่ 2: การเปรียบเทียบต้นทุนวัสดุของโซลูชันการเคลือบ MCOTI กับแผ่นฉนวนแบบดั้งเดิม
