Von unten-Seitenkühlung nach oben-Seitenkühlung: Strukturelle Entwicklung in EV-Stromversorgungssystemen
On-{0}}On-Board-Ladegeräte (OBCs), DC/DC-Wandler und Wechselrichter sind typische Komponenten mit hoher Leistungsdichte-in Elektrofahrzeugen. Während sich EV-Plattformen weiterentwickelnhöhere Integration, leichtes DesignIn 800-V- und 800-V-Architekturen nimmt die Leistungsabgabe immer weiter zu, während der verfügbare Bauraum immer knapper wird.
Um das Fahrzeuggewicht zu reduzieren, die Reichweite zu erhöhen und die Anforderungen der Hochspannungsplattformen der nächsten -Generation- zu erfüllen, werden Leistungsgeräte in Richtung höherer Leistungsdichte und kleinerer Formfaktoren vorangetrieben. Unter diesen Bedingungen ist dieWärmemanagement und elektrische Isolationskonstruktionvon Leistungsgeräten-wie MOSFETs-steht vor neuen Herausforderungen.
Warum die Kühlung von oben-zur bevorzugten Wahl für eine hohe Leistungsdichte wird
In herkömmlichen Designs verwenden die meisten MOSFETs eine Bottom-{0}}Side Cooling (BSC). Der typische Wärmeableitungspfad ist:
Chip → Gehäuseboden → Lötschicht → Leiterplatte → Kühlkörper / Kühlplatte
Bei dieser Konfiguration wird die Wärme durch Lötschichten und thermische Durchkontaktierungen in die Leiterplatte übertragen und dann durch einen unten{0}montierten Kühlkörper oder eine Kühlplatte abgeführt. Dieser Ansatz weist mehrere inhärente Einschränkungen auf:
► Ein langer und komplexer Wärmepfad, der zu einem relativ hohen Wärmewiderstand führt.
►Die Leiterplattenunterseite muss aus thermischen Gründen frei bleiben, um die Platzierung der Komponenten einzuschränken.
►Geringere Platzausnutzung und größere Gesamtgröße der Leiterplatte.
Bei EV-OBCs, DC/DC-Wandlern und Wechselrichtern, wo die Leistungsdichte weiter steigt, schränken diese Einschränkungen zunehmend die Optimierung auf Systemebene ein.
Infolgedessen wird TSC zur Mainstream-Architektur für Leistungsgeräte und Leistungsmodule der nächsten{0}}Generation.
Hauptvorteile der Top-Side-Kühlung (TSC)
Bei einer oberseitigen Kühlstruktur steht die Oberseite des MOSFET-Gehäuses in direktem Kontakt mit einem Kühlkörper oder einer Kühlplatte. Der thermische Pfad wird vereinfacht zu:
Chip → Gehäuseoberseite → Kühlkörper / Kühlplatte
► Kürzerer Wärmeweg und geringerer Wärmewiderstand, da keine Wärme mehr durch die Leiterplatte geleitet werden muss
► Höhere zulässige Verlustleistung, insbesondere bei Bedingungen mit hoher transienter Leistung
► Beidseitige Leiterplattenbestückung, da die Leiterplattenunterseite zur Wärmeabfuhr nicht mehr benötigt wird
► Verbesserte Systemintegration und Automatisierungskompatibilität, Unterstützung kompakter und modularer Designs
► Effizienz und Kostenvorteile auf Systemebene, gut geeignet für elektrifizierte und großvolumige EV-Anwendungen
Neue Herausforderungen unter TSC: Wärmeleitende Isolierbeschichtung
Da die Leistungsdichte weiter zunimmt, müssen Schnittstellenmaterialien liefernschnellere thermische Reaktion, hohe -Zuverlässigkeit der Spannungsisolierung und Fertigungskonsistenz.
Herkömmlicherweise basieren Kühlschnittstellen auf der Oberseite-auf einem„TIM + Dämmplatte + TIM“Sandwichstruktur: TIM-Schichten füllen Oberflächenlücken und leiten Wärme. Isolierplatten sorgen für eine elektrische Hochspannungsisolierung. Obwohl dieser Ansatz bewährt und zuverlässig ist, weist er bei kompakten Hochleistungssystemen Einschränkungen auf:
► Mehrere Schnittstellen verlangsamen die vorübergehende thermische Reaktion
►Die Komplexität der Montage nimmt zu und die Toleranzkontrolle wird strenger
►Stücklisten- und Herstellungskosten steigen weiter
Vor diesem Hintergrund gewinnen wärmeleitende Isolationsbeschichtungen als integrierte Schnittstellenlösung für oberseitige Kühlarchitekturen zunehmend an Bedeutung.
★ Eine einzelne, kontinuierliche, dünne und gleichmäßige Beschichtung kann gleichzeitig für Haftung, Wärmeleitung und elektrische Isolierung sorgen.
MCOTI MEP 37-Serie: Wärmeleitende Isolierbeschichtungen
Um den Anforderungen von EV-Stromversorgungssystemen der nächsten -Generation und oberseitig gekühlten Stromgeräten gerecht zu werden, hat MCOTI die wärmeleitenden Isolationsbeschichtungen der MEP 37-Serie entwickelt.
Die MEP 37-Serie kann direkt auf Kühlkörpern oder Metallgrundplatten angebracht werden.Mit einer ultradünnen Beschichtungsdicke von 100–250 μm bietet es eine dielektrische Widerstandsfähigkeit von 3.000–6.000 V.Bildung einer hoch{0}leistungsfähigen Lösung, die für Kühlungsdesigns auf der Oberseite-optimiert ist.
Hauptvorteile
● Schnittstellenintegration: Ersetzt herkömmliche Isolierplatten durch eine einzige durchgehende Beschichtung, wodurch die Anzahl der Schnittstellen reduziert und der Wärmepfad verkürzt wird
● Ultra-geringer Wärmewiderstand: So niedrig wie0,16 K·cm²/W, mit ausgezeichneter langfristiger thermischer Stabilität
● Validierung der Automobilzuverlässigkeit-:
■ Feuchte Hitze: 1539H bei 85 Grad / 85 % relative Luftfeuchtigkeit
■ Thermoschock: 790 Zyklen bei –40 bis 125 Grad
■ Alterung bei hohen-Temperaturen: 2000 H bei 125 Grad
● Spannungsfestigkeit:4,3 kV (alle Tests mit gleichbleibender thermischer Leistung bestanden)
Kostenreduzierung auf Systemebene-:Die Stücklistenanalyse zeigt ungefähr an40% Reduzierung der Materialkosten,zusammen mit geringeren Arbeits- und Montagekosten
● Hohe Prozesseffizienz:Der Sprühauftrag mit schneller Aushärtung ermöglicht kurze Zykluszeiten und eine hohe Ergiebigkeit
● Skalierbare Fertigung:Kompatibel mit automatisierten Sprühprozessen, unterstützt die Massenproduktion und Prozesskonsistenz
Diagramm 1: Vergleich der Materialkosten von MCOTI-Beschichtungslösungen mit herkömmlichen Isolierplatten
Diagramm 2: Vergleich der Materialkosten von MCOTI-Beschichtungslösungen mit herkömmlichen Isolierplatten
