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  散熱與抗熱已成為必要的技術(shù)

  「汽車」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、起動機、底盤、空調(diào)與照明…等眾多技術(shù)也隨之發(fā)展到今天，使得汽車不再只是交通運輸工具的代名詞，而是現(xiàn)實生活中不可或缺的必需品。而隨著微機電技術(shù)及各類型車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，在目前汽車電子設(shè)備中所使用的功率元件，在經(jīng)過一段長時間進行通電，并在開機進行運作之余，其設(shè)備內(nèi)部或機殼的溫度有可能會超過100℃，大大地增加車用電子設(shè)備的故障機率。因此，在目前電子裝置逐日增高的熱流密度（在某個單位時間中設(shè)備表面積吸收的熱量），將帶給汽車電子的設(shè)計人員，進行產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計階段時，面臨了「熱源」所導(dǎo)致的嚴格挑戰(zhàn)。

  一般來說，舉凡系統(tǒng)中的散熱技術(shù)設(shè)計不良或功率元件選擇不當，是目前車用電子設(shè)備發(fā)生尸效、錯誤的重要原因之一。而車用電子設(shè)備中，如：安裝地位與汽車輪胎接近的胎壓檢測系統(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；或者是因為功率元件及電路板發(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作、低電壓和高復(fù)雜度等設(shè)計債下，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，使得車用電子設(shè)備發(fā)生疲勞尸效與故障的情形發(fā)生。

  圖說：汽車工(tu2 shuo1 _qi4 che1 gong1)業(yè)器重散熱設(shè)計，主要的散熱問題來自于功率元件的應(yīng)用越來越多，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)計應(yīng)用于計算機裝置上的散熱風扇使用導(dǎo)熱膠。

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

  在過去的設(shè)計經(jīng)驗中，樣品機對于熱測試其最后所得到的結(jié)論大都只能作為參考之用，而不能作為實際設(shè)備與系統(tǒng)之間的對比，所以已無法再適用于目前汽車電子裝置的研究、設(shè)計、生產(chǎn)、制造需求。因此，深入了解與經(jīng)驗的學(xué)習(xí)汽車電子設(shè)備中對于熱的設(shè)計及熱的分析技術(shù)，才是提高汽車電子設(shè)備對于熱可靠性的重要參考價值。

  從理論上來說，由于汽車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作時所產(chǎn)生的，但也可能來自環(huán)境條件下的外部影響。換句話說，由于元件在動作時所耗散的功率必須透過散熱的形勢，將動作之后所產(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，則功率的耗散就會造成元件內(nèi)部芯片的結(jié)溫溫度升高；如此一來，便會造成汽車系統(tǒng)可靠性降低，也就是說無法讓汽車在絕對的安全狀態(tài)下持續(xù)進行正常動作。因此，使用在汽車電子的功率元件對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，就是汽車電子元件的散熱設(shè)計，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)。一般來說，機構(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。當功率元件的功率耗散達到一定程度時，元件的結(jié)溫溫度升高，導(dǎo)致汽車電子系統(tǒng)的可靠性降低，而為了提高汽車系統(tǒng)使用上的可靠度，必須針對功率元件進行的抗熱設(shè)計與散熱系統(tǒng)的考量。

  圖說：在設(shè)計上讓汽車電子設(shè)備的散熱設(shè)計達到最佳可靠性及安全性，必須透過擴展溫度范圍技術(shù)，進一步提升系統(tǒng)對于溫度變化的抵抗能力，甚至是利用元件供應(yīng)商透過預(yù)先性的設(shè)計技術(shù)及限定方法，來因應(yīng)環(huán)境溫度對電子設(shè)備的影響，使用導(dǎo)熱膠延長電子元件壽命。

  車用電子系統(tǒng)之功率元件熱設(shè)計

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