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汽車嵌入式電力電子技術(shù)的應(yīng)用

汽車產(chǎn)業(yè)具有對(duì)高可靠性和價(jià)格適中的電子設(shè)備的強(qiáng)勁需求，尤其是混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車，需要緊湊而高效的400V電源模塊。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)艙的安裝空間是需要關(guān)注的主要問題，因此，需要體積小、集成度高的模塊。常規(guī)的安裝方法是通過大型鋁絲鍵焊接IGBT和二極管到陶瓷基板（DCB）上。這些陶瓷模塊是通過真空焊接到水冷基板上的。使用印刷電路板（PCB）技術(shù)嵌入電源開關(guān)和控制器的緊湊型模塊，提供了通過雙面冷卻的熱管理方式，以進(jìn)一步減少模塊體積。

在德國產(chǎn)業(yè)部資助的一個(gè)研究所正在進(jìn)行開發(fā)新一代汽車嵌入式電源模塊項(xiàng)目。最終的目標(biāo)是使50kW變流器在混合動(dòng)力汽車上應(yīng)用。現(xiàn)階段的研究已經(jīng)在試驗(yàn)車上實(shí)現(xiàn)了使用10kW變流器。

目前，越來越多的汽車控制單元直接連接至其工作環(huán)境，其優(yōu)點(diǎn)是傳感器和執(zhí)行器的路徑和反應(yīng)時(shí)間縮短；缺點(diǎn)是惡劣的環(huán)境因素，如熱、振動(dòng)或傳動(dòng)液與控制單元直接接觸。此外，對(duì)于控制單元的可用高度空間的限制也是缺點(diǎn)之一。汽車動(dòng)力裝置基于DCB。芯片的IGBT模塊和續(xù)流二極管通常通過真空釬焊安裝在隔離斷路器上。芯片的頂面由長(zhǎng)400μm的鋁絲鍵連接。這一技術(shù)的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較厚，鋁鍵連接DCB、CTE匹配的冷卻器成本高，從而使電動(dòng)汽車控制單元的總體運(yùn)行時(shí)間增加。電力電子元件的設(shè)計(jì)使用壽命為15年。

為了滿足即將到來的挑戰(zhàn)，PCB嵌入技術(shù)為高功能電子設(shè)備的應(yīng)用提供了巨大的機(jī)會(huì)。通過嵌入技術(shù)可以在PCB層基板的表面集成不同的電氣元件，并且這些特殊的印刷電路板可進(jìn)一步對(duì)熱導(dǎo)率優(yōu)化。此外，這項(xiàng)技術(shù)使電子元件擁有較小的結(jié)構(gòu)、較低的電感，并且可以提供更高的電壓和更高的功率密度，進(jìn)一步提高了可靠性。

A. Ostmannl et al. 2012 7th International Microsystems, Packaging, Assembly and Circuits Technology Conference, IMPACT October 24, 2012 - October 26, 2012.

編譯：袁建昆