新能源汽车车载快充 PCB 散热优化

一、引言

二、核心技术解析：车载快充 PCB 温升过高根源

1. 基材导热效率低：普通 FR-4 导热率仅 0.3W/m?K，无法快速传导 MOSFET、电感产生的局部热量（功率器件热流密度达 50W/cm²）。GB/T 18487.1 Annex B 要求快充 PCB 基材导热率≥0.8W/m?K，而传统方案差距超 60%。
2. 铜箔布局不合理：功率回路铜箔宽度不足（如 300A 电流仅用 2mm 宽铜箔）、铜厚偏薄（1oz），导致铜箔损耗发热（占总热量 25%）；且未设计 “导热铜柱”，热量无法向多层板扩散，热点温度集中。
3. 散热结构缺失：未采用 “PCB - 导热垫 - 散热壳” 一体化结构，或导热垫导热率低（＜3W/m?K），导致热量无法向外部散热壳传递，90% 热量积聚在 PCB 内部。

三、实操方案：捷配车载快充 PCB 散热优化步骤

3.1 高导热基材选型

• 操作要点：优先选用生益 S1000-3（导热率 1.2W/m?K，Tg=160℃）或松下 R-1766（导热率 1.8W/m?K，耐温 200℃），前者适配 150-250kW 快充，后者满足 300kW 以上需求。基材需通过 GB/T 18487.1 导热认证，每批次测试导热率（激光闪射法）。
• 数据标准：基材导热率≥1.0W/m?K，125℃下热膨胀系数（CTE）Z 轴≤65ppm/℃，满足 1000 次温度循环（-40~125℃）无开裂。
• 工具 / 材料：捷配激光闪射导热仪（精度 ±0.05W/m?K）、高温循环测试箱，确保基材散热性能稳定。

3.2 功率布局与铜箔优化

• 操作要点：① 功率回路铜箔：300A 电流选用 6mm 宽、2oz 铜箔（厚度 70μm），铜箔损耗控制在 5% 以下；② 导热铜柱设计：在 MOSFET 下方布置 4 个 Φ3mm 铜柱（贯穿 3-6 层），将热量传导至内层散热平面；③ 器件布局：功率器件间距≥5mm，避免热量叠加，热点间距≥10mm。
• 数据标准：铜箔温升≤20K（300A 电流），导热铜柱热阻≤0.5℃/W，布局仿真（ANSYS Icepak）显示无局部热点（温度≤90℃）。
• 工具 / 材料：捷配铜箔损耗计算工具、ANSYS 散热仿真软件，工程师可实时优化布局参数。

3.3 一体化散热结构设计

• 操作要点：① 导热垫选型：采用莱尔德 Tflex 500 系列（导热率 5W/m?K，厚度 0.5mm），覆盖 PCB 热点区域（面积≥器件封装 1.2 倍）；② 散热壳连接：导热垫与铝合金散热壳（厚度 3mm）紧密贴合，压力控制在 15-20N/cm²，确保热阻≤0.3℃/W；③ 量产测试：每片 PCB 进行红外热成像测试（分辨率 0.1℃），热点温度超 90℃需返工。
• 数据标准：一体化散热结构总热阻≤1.0℃/W，300kW 输出时 PCB 热点温升≤35K，满足 GB/T 18487.1 要求。
• 工具 / 材料：捷配红外热成像仪（美国 FLIR，分辨率 640×512）、压力测试工装，确保散热结构装配合规。

四、案例验证：某车企 300kW 车载快充 PCB 优化

4.1 初始状态

4.2 整改措施

4.3 效果数据

五、总结建议