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域控 PCB 高功率密度散热实战:核心温度降至 85℃内

来源:捷配 时间: 2025/11/03 09:10:49 阅读: 52

    汽车域控制器集成度持续提升,功率密度已达8~12W/cm²(传统ECU仅2~3W/cm²),高温成为核心痛点——数据显示,域控制器PCB核心温度每升高10℃,电子元件寿命缩短50%,某车企曾因AI芯片区域温度达115℃,导致域控制器高温降额运行,性能下降30%,无法满足自动驾驶算力需求。车规域控PCB需符合**AEC-Q200-006(车规PCB散热标准)** ,核心区域温度≤105℃,工作温度范围-40℃~125℃。捷配深耕高功率密度PCB散热设计,累计为18+车企提供散热解决方案,本文拆解域控PCB散热原理、多维度优化方案及量产验证,助力解决高温降额问题。

 

2. 核心技术解析

域控制器 PCB 高功率密度散热的核心是 “热传导 + 热扩散 + 热辐射” 三维协同,需遵循IPC-2221 车规附录第 7 章ISO 26262 ASIL-B 级要求,聚焦三大技术要点:一是热传导路径优化,PCB 热量需通过铜皮、过孔快速传导至散热片,2oz 铜皮热导率为 385W/(m?K),是 1oz 铜皮的 2 倍,捷配测试显示,2oz 铜皮比 1oz 铜皮散热效率提升 40%;二是热扩散设计,高功率器件(如 AI 芯片、DC-DC 模块)下方铺设 “散热铜盘”,面积≥器件封装的 1.5 倍,铜盘上均匀布置散热过孔(孔径 0.3mm~0.5mm),数量≥10 个 /cm²,增强热量向底层传导;三是热辐射强化,PCB 表面涂覆高辐射系数散热漆(辐射系数≥0.85),按AEC-Q200-006 条款,辐射散热贡献占比需≥25%。主流车规散热材料中,散热过孔采用紫铜(热导率 401W/(m?K)),散热铜皮选用 2oz~4oz 电解铜,散热漆选用贝格斯 THERMALLOY 900(耐温 - 40℃~150℃),均通过捷配车规散热材料认证。

 

 

3. 实操方案

3.1 多维度散热优化五步法(操作要点 + 数据标准 + 工具 / 材料)

  1. 铜皮设计:PCB 顶层 / 底层铜皮厚度 2oz~4oz,高功率区域(AI 芯片)铜皮厚度 4oz,散热铜盘面积≥器件封装 1.8 倍(如 30mm×30mm 芯片,铜盘 45mm×45mm),用捷配铜皮散热计算器(JPE-Copper 4.0)验证,热阻≤0.5℃/W;
  2. 散热过孔布局:在散热铜盘内均匀布置过孔,孔径 0.4mm,孔间距 1mm×1mm,数量≥12 个 /cm²,过孔孔壁铜厚≥25μm,按IPC-A-600G Class 3 标准,过孔堵塞率≤5%,增强层间热传导;
  3. 器件布局:高功率器件(DC-DC 模块、AI 芯片)分散布局,间距≥10mm,避免热量集中,用捷配热布局工具(JPE-Heat-Layout 3.0)模拟热量分布,热点区域温度≤95℃;
  4. 散热漆涂覆:PCB 表面(除焊盘、测试点外)涂覆贝格斯 THERMALLOY 900 散热漆,厚度 50μm±5μm,辐射系数用红外光谱仪(JPE-IR-600)测试≥0.88;
  5. 辅助散热设计:PCB 与域控制器壳体之间填充导热硅胶垫(厚度 1mm,导热系数≥3.0W/(m?K)),如莱尔德 Tflex HD900,增强 PCB 向壳体的热传导,导热硅胶垫压缩量控制在 20%~30%。

3.2 量产验证与管控(操作要点 + 数据标准 + 工具 / 材料)

  1. 温度测试:每批次首件用红外热像仪(JPE-IR-Cam 800)测试,高功率器件区域温度≤85℃,PCB 平均温度≤75℃,符合AEC-Q200-006 标准
  2. 热冲击测试:进行 - 40℃~125℃热冲击测试(1000 次循环),测试后 PCB 无开裂、过孔无脱落,散热性能衰减≤8%;
  3. 工艺管控:散热过孔采用 “化学沉铜 + 电镀” 工艺,孔壁铜厚用 X-Ray 测厚仪(JPE-XR-Thick 500)测试≥25μm;散热漆涂覆采用自动化喷涂,厚度均匀性 ±3μm,每批次抽检 50 片,涂覆不良率≤0.4%。

 

 

域控制器 PCB 高功率密度散热设计需以 “铜皮传导 + 过孔扩散 + 辐射强化” 为核心,关键在于匹配功率密度与散热能力。捷配可提供 “高功率 PCB 散热专属服务”:热仿真分析、散热结构定制、AEC-Q200 散热测试,确保核心温度控制在 85℃内。

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