Du refroidissement latéral-inférieur au refroidissement latéral supérieur- : évolution structurelle des systèmes d'alimentation des véhicules électriques
Les-chargeurs embarqués (OBC), les convertisseurs DC/DC et les onduleurs sont des composants typiques à haute densité-de puissance dans les véhicules électriques. À mesure que les plateformes de véhicules électriques évoluent versintégration plus élevée, conception légère, et les architectures 800 V, la puissance de sortie continue d'augmenter alors que l'espace d'installation disponible devient de plus en plus limité.
Pour réduire le poids des véhicules, étendre l'autonomie et répondre aux exigences des plates-formes haute tension-nouvelle génération-, les appareils électriques sont poussés vers une densité de puissance plus élevée et des formats plus petits. Dans ces conditions, legestion thermique et conception d'isolation électriquedes appareils de puissance-tels que les MOSFET-est confronté à de nouveaux défis.
Pourquoi le refroidissement côté supérieur-devient le choix privilégié pour une densité de puissance élevée
Dans les conceptions conventionnelles, la plupart des MOSFET adoptent le refroidissement latéral inférieur (BSC). Le chemin typique de dissipation de la chaleur est :
Matrice → Fond du boîtier → Couche de soudure → PCB → Dissipateur thermique/Plaque froide
Dans cette configuration, la chaleur est transférée via des couches de soudure et des vias thermiques dans le PCB, puis évacuée par un dissipateur thermique ou une plaque froide monté en bas. Cette approche souffre de plusieurs limites inhérentes :
► Un chemin thermique long et complexe, se traduisant par une résistance thermique relativement élevée.
►La face inférieure du PCB doit rester dégagée à des fins thermiques, limitant ainsi le placement des composants.
►Utilisation de l'espace réduite et augmentation de la taille globale du PCB.
Dans les OBC EV, les convertisseurs DC/DC et les onduleurs, où la densité de puissance continue d'augmenter, ces contraintes limitent de plus en plus l'optimisation au niveau du système.
En conséquence, TSC devient l'architecture dominante pour les dispositifs d'alimentation et les modules d'alimentation de nouvelle-génération.
Principaux avantages du refroidissement latéral supérieur (TSC)
Dans une structure de refroidissement supérieure-, la surface supérieure du boîtier MOSFET est en contact direct avec un dissipateur thermique ou une plaque froide. Le chemin thermique est simplifié à :
Matrice → Dessus du package → Dissipateur thermique / Plaque froide
► Chemin thermique plus court et résistance thermique plus faible, car la chaleur n'a plus besoin de traverser le PCB
► Dissipation de puissance admissible plus élevée, en particulier dans des conditions de puissance transitoire élevée
► Population de PCB-double face, puisque le fond du PCB n'est plus nécessaire pour l'évacuation de la chaleur.
► Amélioration de l'intégration du système et de la compatibilité avec l'automatisation, prenant en charge les conceptions compactes et modulaires
► Efficacité et coûts au niveau du système-, bien adaptés aux applications de véhicules électriques électrifiés et-à grand volume
Nouveaux défis sous TSC : revêtement isolant conducteur thermique
À mesure que la densité de puissance continue d'augmenter, les matériaux d'interface doivent fournirune réponse thermique plus rapide, une fiabilité d'isolation à haute tension-et une cohérence de fabrication.
Traditionnellement, les interfaces de refroidissement-sur le dessus s'appuient sur un"TIM + feuille isolante + TIM"structure sandwich : les couches TIM comblent les interstices de la surface et conduisent la chaleur. Les feuilles isolantes fournissent une isolation électrique à haute tension-. Bien que éprouvée et fiable, cette approche montre des limites dans les systèmes compacts et à haute-puissance :
► Plusieurs interfaces ralentissent la réponse thermique transitoire
►La complexité de l'assemblage augmente, avec un contrôle de tolérance plus strict
►La nomenclature et les coûts de fabrication continuent d'augmenter
Dans ce contexte, les revêtements d'isolation thermoconducteurs attirent de plus en plus l'attention en tant que solution d'interface intégrée pour les architectures de refroidissement-côté supérieur.
★ Un revêtement unique, continu, fin et uniforme peut assurer simultanément la liaison, la conduction thermique et l'isolation électrique.
Série MCOTI MEP 37 : revêtements isolants thermoconducteurs
Pour répondre aux exigences des systèmes électriques de prochaine-génération de véhicules électriques et des dispositifs électriques-à refroidissement supérieur, MCOTI a développé les revêtements d'isolation thermoconducteurs de la série MEP 37.
La série MEP 37 peut être directement appliquée aux dissipateurs thermiques ou aux plaques de base métalliques.Avec une épaisseur de revêtement ultra-mince de 100 à 250 μm, il offre une capacité de tenue diélectrique de 3 000 à 6 000 V,formant une solution haute-performance optimisée pour les conceptions de refroidissement-côté supérieur.
Avantages clés
● Intégration d'interfaces: Remplace les feuilles d'isolation traditionnelles par un seul revêtement continu, réduisant ainsi le nombre d'interfaces et raccourcissant le chemin thermique
● Résistance thermique ultra-faible: Aussi bas que0,16 K·cm²/W, avec une excellente-stabilité thermique à long terme
● Validation de fiabilité de niveau automobile- :
■ Chaleur humide : 1539H à 85 degrés / 85 % HR
■ Choc thermique : 790 cycles à −40 à 125 degrés
■ Vieillissement à haute-température : 2 000 H à 125 degrés
● Tension de tenue diélectrique :4,3 kV (tous les tests ont été réussis avec des performances thermiques constantes)
Réduction des coûts au niveau du système :L'analyse de la nomenclature indique environ40% réduction des coûts matériels,avec des coûts de main-d'œuvre et d'assemblage réduits
● Haute efficacité des processus :L'application par pulvérisation avec un durcissement rapide permet des temps de cycle courts et un rendement élevé
● Fabrication évolutive :Compatible avec les processus de pulvérisation automatisés, prenant en charge la production en volume et la cohérence des processus
Graphique 1 : Comparaison des coûts des matériaux des solutions de revêtement MCOTI avec les feuilles isolantes traditionnelles
Graphique 2 : Comparaison des coûts des matériaux des solutions de revêtement MCOTI avec les feuilles isolantes traditionnelles
