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  散熱與抗熱已成為必要的技術(shù)

  「汽車(chē)」工業(yè)已經(jīng)是發(fā)展了百余年的老產(chǎn)業(yè)，其中所涵蓋的技術(shù)，包括：引擎、發(fā)電機(jī)、起動(dòng)機(jī)、底盤(pán)、空調(diào)與照明…等眾多技術(shù)也隨之發(fā)展到今天，使得汽車(chē)不再只是交通運(yùn)輸工具的代名詞，而是現(xiàn)實(shí)生活中不可或缺的必需品。而隨著微機(jī)電技術(shù)及各類(lèi)型車(chē)用電子裝置的組裝技術(shù)發(fā)展，使成具有高度整合性的電子系統(tǒng)。

  從眾多的研究中可得知，在目前汽車(chē)電子設(shè)備中所使用的功率元件，在經(jīng)過(guò)一段長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行通電，并在開(kāi)機(jī)進(jìn)行運(yùn)作之余，其設(shè)備內(nèi)部或機(jī)殼的溫度有可能會(huì)超過(guò)100℃，大大地增加車(chē)用電子設(shè)備的故障機(jī)率。因此，在目前電子裝置逐日增高的熱流密度（在某個(gè)單位時(shí)間中設(shè)備表面積吸收的熱量），將帶給汽車(chē)電子的設(shè)計(jì)人員，進(jìn)行產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段時(shí)，面臨了「熱源」所導(dǎo)致的嚴(yán)格挑戰(zhàn)。

  一般來(lái)說(shuō)，舉凡系統(tǒng)中的散熱技術(shù)設(shè)計(jì)不良或功率元件選擇不當(dāng)，是目前車(chē)用電子設(shè)備發(fā)生尸效、錯(cuò)誤的重要原因之一。而車(chē)用電子設(shè)備中，如：安裝地位與汽車(chē)輪胎接近的胎壓檢測(cè)系統(tǒng)（Tire Pressure Monitoring System；TPMS），除了輪胎與地(__chu2 le0 lun2 tai1 yu3 de0)面所產(chǎn)生的熱源之外，所使用的電子元件工作壽命與工作溫度將有最直接的關(guān)系；或者是因?yàn)楣β试半娐钒灏l(fā)生熱傳導(dǎo)作用，以及設(shè)備內(nèi)部功率密度不均勻的狀態(tài)下，使得功率元件在高速運(yùn)作、低電壓和高復(fù)雜度等設(shè)計(jì)債下，大幅提升元件的溫度變化，最后使得材料前后端受限制，使得溫度急速提升造成熱變形及熱應(yīng)力時(shí)，使得車(chē)用電子設(shè)備發(fā)生疲勞尸效與故障的情形發(fā)生。

  圖說(shuō)：汽車(chē)工(tu2 shuo1 _qi4 che1 gong1)業(yè)器重散熱設(shè)計(jì)，主要的散熱問(wèn)題來(lái)自于功率元件的應(yīng)用越來(lái)越多，再加上半導(dǎo)體制程技術(shù)發(fā)展，已將更多的晶體管被整合在單一芯片內(nèi)，導(dǎo)致整體功率消耗及熱量增加。圖為富士康（FOXCONN）所設(shè)計(jì)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)裝置上的散熱風(fēng)扇使用導(dǎo)熱膠。

  電子功率(dian zi gong lv)元件「抗熱」設(shè)計(jì)與要求

  在過(guò)去的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)中，樣品機(jī)對(duì)于熱測(cè)試其最后所得到的結(jié)論大都只能作為參考之用，而不能作為實(shí)際設(shè)備與系統(tǒng)之間的對(duì)比，所以已無(wú)法再適用于目前汽車(chē)電子裝置的研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造需求。因此，深入了解與經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)汽車(chē)電子設(shè)備中對(duì)于熱的設(shè)計(jì)及熱的分析技術(shù)，才是提高汽車(chē)電子設(shè)備對(duì)于熱可靠性的重要參考價(jià)值。

  從理論上來(lái)說(shuō)，由于汽車(chē)電子所使用的功率元件，在應(yīng)用階段所承受的熱應(yīng)力可能是源自于元件動(dòng)作時(shí)所產(chǎn)生的，但也可能來(lái)自環(huán)境條件下的外部影響。換句話(huà)說(shuō)，由于元件在動(dòng)作時(shí)所耗散的功率必須透過(guò)散熱的形勢(shì)，將動(dòng)作之后所產(chǎn)生的熱源給揮發(fā)出去，倘若所使用的功率元件的散熱能力受到限制，則功率的耗散就會(huì)造成元件內(nèi)部芯片的結(jié)溫溫度升高；如此一來(lái)，便會(huì)造成汽車(chē)系統(tǒng)可靠性降低，也就是說(shuō)無(wú)法讓汽車(chē)在絕對(duì)的安全狀態(tài)下持續(xù)進(jìn)行正常動(dòng)作。因此，使用在汽車(chē)電子的功率元件對(duì)于熱能力的溫度限制，必須契合-40℃+125℃的應(yīng)用環(huán)境溫度，以及+150°C的結(jié)溫溫度。

 

  再者，就是汽車(chē)電子元件的散熱設(shè)計(jì)，一般的功率元件的散熱能力大都是以熱阻作為表示，而阻抗越大，則散熱能力越差。熱阻又分為內(nèi)熱阻和外熱阻，內(nèi)熱阻是元件自身固有的熱阻與機(jī)構(gòu)外殼所使用的材料導(dǎo)熱性、厚度和截面積，甚至是加工工藝制程技術(shù)有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)構(gòu)外殼所使用的面積越大，則外熱阻越小，金屬外殼的外熱阻就明顯低于塑封管殼的外熱阻。當(dāng)功率元件的功率耗散達(dá)到一定程度時(shí)，元件的結(jié)溫溫度升高，導(dǎo)致汽車(chē)電子系統(tǒng)的可靠性降低，而為了提高汽車(chē)系統(tǒng)使用上的可靠度，必須針對(duì)功率元件進(jìn)行的抗熱設(shè)計(jì)與散熱系統(tǒng)的考量。

  圖說(shuō)：在設(shè)計(jì)上讓汽車(chē)電子設(shè)備的散熱設(shè)計(jì)達(dá)到最佳可靠性及安全性，必須透過(guò)擴(kuò)展溫度范圍技術(shù)，進(jìn)一步提升系統(tǒng)對(duì)于溫度變化的抵抗能力，甚至是利用元件供應(yīng)商透過(guò)預(yù)先性的設(shè)計(jì)技術(shù)及限定方法，來(lái)因應(yīng)環(huán)境溫度對(duì)電子設(shè)備的影響，使用導(dǎo)熱膠延長(zhǎng)電子元件壽命。

  車(chē)用電子系統(tǒng)之功率元件熱設(shè)計(jì)

  功率元件熱設(shè)計(jì)是要防止元件出現(xiàn)過(guò)熱或溫度變化后所造成的熱尸效，這