كيفية الحفاظ على استقرار وحدات تحكم مجال ADAS من -40 درجة مئوية إلى 85 درجة مئوية (L2+/L3 SoC Cooling)

يؤدي فشل الإدارة الحرارية لـ ADAS  أثناء اختبار الطريق الصيفي إلى اختناق ساعة النظام على الرقاقة (SoC)، أو إسقاط إطارات الكاميرا، أو إعادة تشغيل وحدة التحكم المفاجئة أثناء التحقق من صحة التصميم (DV). تكفي حاويات الألمنيوم القياسية المصبوبة لصناديق L2 الأساسية بقدرة 30 وات، لكن وحدات التحكم بالمجال L2+ وL3 (60 وات إلى 180 وات) تتطلب أغلفة مصبوبة مدمجة مع غرف بخار النحاس الملبدة (VC) أو أنابيب الحرارة، بينما تتطلب أجهزة الكمبيوتر 200 وات+ L3/L4 ألواح تبريد سائلة نشطة. كجزء من لدينا سلسلة دليل هندسة الإدارة الحرارية للسيارات  ، تشرح هذه المقالة اختيار الهندسة المعمارية، والتحكم في مقاومة الواجهة، وقواعد التأهيل من -40 درجة مئوية إلى 85 درجة مئوية.

1. تحدي تبريد وحدة تحكم المجال ADAS عبر -40 درجة مئوية إلى 85 درجة مئوية

عندما يقوم فريق هندسة السيارة بالترقية من مستشعرات الكاميرا/الرادار الموزعة إلى وحدة تحكم مجال مركزية L2+ أو L3، يرث المهندس الحراري ثلاثة قيود تصادم: تدفق حرارة السيليكون المركز، تدفق هواء مباشر صفر فوق PCB، ونافذة تشغيل محيطة شديدة تمتد من -40 درجة مئوية يبدأ برد القطب الشمالي إلى +85 درجة مئوية في المقصورة الصيفية أو نقع أسفل غطاء المحرك.

أثناء اختبارات الطريق الصحراوية الصيفية، تصل درجة حرارة مقصورة السيارة المتوقفة أو منطقة الأدوات خلف لوحة القيادة إلى 75 درجة مئوية إلى 85 درجة مئوية قبل أن تقوم حلقة HVAC بخفض درجات الحرارة. وفي الوقت نفسه، يجب أن تحافظ شريحة SoC الخاصة بالسيارات الموجودة داخل وحدة التحكم على درجة حرارة وصلة السيليكون القصوى (Tj) أقل من 105 درجة مئوية أو 125 درجة مئوية. وهذا يترك إجمالي ارتفاع درجة الحرارة المسموح به (دلتا T) يتراوح بين 20 درجة مئوية إلى 40 درجة مئوية فقط عبر المسار الحراري بأكمله من قالب السيليكون إلى البيئة الخارجية.

1.1 نقاط اتصال السيليكون عالية الأداء مقابل المسبوكات منخفضة الموصلية

تعمل معالجات القيادة المستقلة الحديثة - التي تحتوي على أكثر من 100 إلى 500 TOPS (تريليونات العمليات في الثانية، وهو مقياس إنتاجية الحوسبة القياسي لرؤية الذكاء الاصطناعي ورقائق دمج المستشعرات) - على تركيز 45 واط إلى 120 واط من الحرارة على حزمة BGA ذات شريحة قابلة للطي بقياس 25 مم × 25 مم إلى 35 مم × 35 مم تقريبًا. تولد هذه الهندسة تدفقات حرارية موضعية تتراوح بين 12 وات/سم² و35 وات/سم².

غالبًا ما يكون الغلاف المحيط بثنائي الفينيل متعدد الكلور عبارة عن ألومنيوم مصبوب عالي الضغط (مثل ADC12 أو AlSi10Mg) تم اختياره لتشكيل أغطية موصلات معقدة وآذان تثبيت وجدران حماية EMI (التداخل الكهرومغناطيسي). ومع ذلك، يتمتع الألومنيوم ADC12 بموصلية حرارية كبيرة تبلغ 96 إلى 105 واط فقط.

عندما تقوم شريحة SoC بقدرة 70 وات بتفريغ الحرارة في جدار صب ADC12 بسمك 3.5 مم، لا يستطيع الألومنيوم نشر الحرارة جانبًا بالسرعة الكافية. يتم بناء مخروط حراري شديد الانحدار من 15 درجة مئوية إلى 25 درجة مئوية مباشرة فوق الشريحة. لا يتم استخدام زعانف المحيط الخارجي للإسكان بشكل كافٍ عند 68 درجة مئوية بينما تنتهك شركة نفط الجنوب حد الاختناق الحراري البالغ 105 درجة مئوية وتجبر مكدس الإدراك على الوضع الآمن المتدهور.

1.2 العبوات المختومة وأظرف التغليف الضيقة ذات الارتفاع Z

على عكس شفرات الخادم الموجودة في مركز البيانات، فإن وحدة التحكم الإلكترونية في ADAS محكمة الغلق ضد الغبار والرطوبة لاجتياز تقييمات الدخول IP65 أو IP67 أو IP6K9K. لا يلامس أي هواء نقي مكونات اللوحة الداخلية، بما في ذلك الدوائر المتكاملة لإدارة الطاقة (PMICs)، وشرائح الذاكرة DDR5، وأجهزة الإرسال والاستقبال المُسلسل/إلغاء التسلسل (SerDes).

في الوقت نفسه، يقوم مهندسو تعبئة المركبات عادةً بوضع وحدة التحكم بالمجال أسفل مقعد الراكب، أو خلف صندوق القفازات، أو داخل الجدار الجانبي لصندوق السيارة، مع تحديد إجمالي سمك الهيكل بـ 28 مم إلى 45 مم. بالمقارنة مع غيرها أفضل 30 مكونًا للإدارة الحرارية EV ، تتمتع وحدة تحكم ADAS بأضيق بدل ارتفاع Z لكل واط من الحرارة المرفوضة.

· تعتبر  مبيتات الحمل الحراري الطبيعي ذات الزعانف المفتوحة  مناسبة لمناطق المقصورة غير المغلقة مع خلوص هواء رأسي لا يقل عن 30 مم فوق أطراف الزعانف؛ تعد الأغطية ذات الأنابيب الحرارية المنخفضة أو المبردة بالسوائل  أكثر ملاءمة تحت المقاعد أو خلف ألواح الزخرفة حيث يحبس الهواء الراكد الحرارة.

·  قاعدة القرار 1:  عندما تكون ميزانية درجة الحرارة الإجمالية للوصلة إلى البيئة المحيطة (دلتا T) 25 درجة مئوية أو أقل وتتجاوز طاقة SoC 45 وات، استبعد توصيل ADC12 المصبوب وحده وأضف توزيع الحرارة على مرحلتين أو التبريد السائل.

2. ثلاثة مسارات فنية للأجهزة الحرارية للقيادة الذاتية

تختار الفرق الهندسية التي تقوم بتقييم تبريد وحدة التحكم بالمجال  من بين ثلاثة بنيات للأجهزة أثبتت كفاءتها في الإنتاج. يتاجر كل مسار بارتفاع Z، وإجمالي القدرة الكهربائية، والاعتماد على سباكة السيارة، وتكلفة قائمة مكونات الصنف للوحدة.

 

2.1 المسار 1: غلاف متجانس من الألومنيوم المصبوب (مبرد بالهواء)

في وحدات التحكم L2 للمبتدئين (مثل صناديق الكاميرا الأمامية والرادار التي تبدد 20 واط إلى 45 واط)، يعمل غطاء واحد من الألومنيوم المصبوب عالي الضغط كغطاء ميكانيكي ومشتت حراري. الركائز الداخلية المرتفعة (الرؤساء) داخل الصب تضغط لأسفل على شركة نفط الجنوب، والذاكرة، ومحثات الطاقة عبر منصات حرارية متوافقة.

إذا تمت ترقية سبيكة الصب من ADC12 القياسي (~96 واط·م⁻¹·K⁻¹) إلى سبائك ألومنيوم مصبوبة عالية الموصلية المتخصصة (تنتج 140 إلى 160 وات·م⁻¹·K⁻¹) أو مقترنة بلوحة زعانف 6063-T6 مطروقة/مبثوقة، يتم تبريد الهواء السلبي يمكن أن تمتد حتى 50 وات تقريبًا. يمكنك مراجعة قيم التوصيل الحراري الدقيقة للدرجات المطاوع والمصبوب في مرجعنا الموجود على مواد الألومنيوم مقابل النحاس للسيارات.

2.2 المسار 2: مبيت مصبوب مدمج مع أنابيب VC أو أنابيب الحرارة الملبدة

عندما يصل إجمالي طاقة اللوحة إلى 60 واط - 160 واط (نموذجي لوحدات تحكم الطيار السريع/الطرق السريعة/الحضرية المزدوجة SoC L2+ وأنظمة L3 المبكرة)، غالبًا ما يرفض مصنعو المعدات الأصلية تشغيل خراطيم الماء والجليكول في مقصورة الركاب بسبب مخاطر التسرب الداخلي وتكلفة السباكة.

للحفاظ على تبريد الصندوق بالهواء دون السماح لـ SoC بالسخونة الزائدة، تقوم الشركات المصنعة بطحن قنوات دقيقة في الوجه الداخلي أو الخارجي لغطاء الألمنيوم المصبوب وتضمين أنابيب حرارية نحاسية C1020 مسطحة أو VC نحاسية مسطحة (غرفة بخار، وعاء فراغ مستو ثنائي الطور ينشر الحرارة عبر بعدين في وقت واحد عن طريق تبخر السائل وتكثيف البخار). غالبًا ما يتم تغطية مروحة منفاخ صغيرة من فئة PWM (تعديل عرض النبض) فوق الزعانف الخارجية لتوفير حركة هواء قسرية أثناء امتصاص الصيف الثابت.

2.3 الطريق 3: مقذوف، CNC، أو قالب مصبوب + لوح بارد سائل FSW

بمجرد أن تقوم منصة الحوسبة المركزية L3 أو L4 بدمج العديد من شرائح SoC عالية الطاقة ووحدات معالجة الرسومات المنفصلة بإجمالي 180 وات إلى 500 وات+، يصل تبريد الهواء إلى جدار مادي صلب: حيث يؤدي تفريغ 350 وات من الهواء الساخن إلى مقصورة الركاب إلى محاربة نظام تكييف الهواء في السيارة ويخلق ضجيجًا غير مقبول للمروحة يزيد عن 48 ديسيبل.

في مستوى الطاقة هذا، تنتقل وحدة التحكم إلى حاوية نشطة مبردة بالسائل. يتم صب قناة سائل سربنتين أو طحنها باستخدام الحاسب الآلي مباشرة في اللوحة الوسطى من غلاف الألومنيوم ويتم إغلاقها بشكل دائم عن طريق اللحام بالتحريك الاحتكاكي (FSW)، حيث يتم سحب 2 لتر / دقيقة إلى 6 لتر / دقيقة من 50/50 ماء جلايكول من حلقة تبريد السيارة. يمكن للمهندسين الذين يصممون أجهزة كمبيوتر مستقلة ذات طاقة عالية تقييم خيارات توجيه القنوات على موقعنا لوحة التبريد السائلة المخصصة . صفحة مواصفات

· تعتبر  أغلفة الأنابيب المصبوبة + VC/الحرارة  مناسبة لوحدات التحكم L2+/L3 المثبتة في المقصورة بقدرة 60 وات إلى 150 وات حيث يفضل التركيب الجاف؛ تعد مبيتات الألواح الباردة السائلة FSW  أكثر ملاءمة لأجهزة الكمبيوتر متعددة شرائح SoC بقدرة 150 إلى 500 واط، حيث يتجاوز رفض حرارة المقصورة وضوضاء المروحة حدود OEM.

·  قاعدة القرار 2:  حافظ على وحدات تحكم ADAS المثبتة في المقصورة جافة باستخدام تبريد هواء VC/أنابيب حرارية تصل إلى 150 وات؛ فرض تبريد سائل جليكول الماء النشط بمجرد أن يتجاوز تبديد الصندوق 160 واط إلى 180 واط أو يتجاوز تدفق SoC المحلي 30 واط / سم².

3. لماذا يناسب تكامل الغلاف المصبوب + VC + الأنابيب الحرارية أنظمة L2+ وL3

معظم سيارات الركاب الكهربائية ذات الإنتاج الضخم التي يتم إطلاقها اليوم تقع بشكل مباشر في نطاق الطاقة L2 + إلى L3 (65 واط إلى 140 واط). بالنسبة لهذه المنصات، فإن الجمع بين غلاف الألمنيوم المصبوب عالي الضغط وشبكة الأنابيب الحرارية VC المضمنة  يوفر أقل تكلفة إجمالية للنظام أثناء اجتياز اختبارات الطريق DV الصيفية.

3.1 القضاء على عنق الزجاجة المنتشر الذي يزيد عن 15 إلى 30 واط/سم² من الرقائق

أكبر مساهم في المقاومة الحرارية الإجمالية (Rth) في غطاء ADAS المبرد بالهواء هو مقاومة الانتشار الجانبي مباشرة فوق قالب SoC مقاس 25 مم × 25 مم. بينما يوصل الجسم المصنوع من الألومنيوم المصبوب عند ~100 واط·م⁻¹·K⁻¹، فإن أنبوب الحرارة النحاسي الملبد أو غرفة البخار تعمل من خلال تغيير الطور الداخلي، مما يحقق توصيلًا حراريًا فعالًا بين 4000 و12000 واط·م⁻¹·K⁻¹.

في تصميم الغطاء الهجين النموذجي، يؤدي كل مكون وظيفة ميكانيكية وحرارية محددة:

1. قاعدة غرفة البخار النحاسية (VC):  ملحومة بالنحاس أو ملحومة حراريًا مباشرة في جيب فوق SoC الأساسي، تأخذ VC التدفق الحراري المركّز 25 وات/سم² وتسطحه عبر مساحة 90 مم × 90 مم، مما يقلل ارتفاع درجة حرارة اللوح الأساسي بمقدار 8 درجات مئوية إلى 14 درجة مئوية.

2. أنابيب الحرارة النحاسية المدمجة على شكل D:  ثلاثة إلى خمسة أنابيب حرارية نحاسية مسطحة (عادةً 6 مم أو 8 مم قطر أصلي مضغوط إلى 2.5 مم أو 3.0 مم) تلتقط الحرارة من قاعدة VC أو SoC وتنقلها من 150 مم إلى 250 مم للخارج إلى الزعانف المحيطية الأكثر برودة لصب القالب.

3. مجموعة زعانف الألومنيوم المصبوبة:  مع توزيع الحرارة بالتساوي عبر 100% من مساحة السكن، ترفض زعانف الألومنيوم الحمل الحراري في تيار الهواء بكفاءة عالية للزعانف (أعلى من 85%).

يمكن للمهندسين الذين يبحثون عن أشكال هندسية قياسية ومخصصة ثنائية الطور فحص نصف قطر ثني الأنبوب وحدود التسطيح في منتجاتنا صفحة المشتت الحراري لأنابيب الحرارة  .

3.2 طرق الربط الميكانيكية: الإيبوكسي الحراري مقابل اللحام منخفض الحرارة

تحدد كيفية ربط أنابيب الحرارة النحاسية وغرفة البخار بصب الألومنيوم ما إذا كانت الوحدة ستصمد لمدة 10 سنوات من اهتزاز الهيكل والصدمة الحرارية.

 

في إنتاج السيارات، تتطلب وحدات التحكم L3 ذات التدفق الحراري العالي (> 15 وات/سم²) طلاءًا انتقائيًا بالنيكل على أخدود الألومنيوم المُشكَّل متبوعًا بإعادة تدفق اللحام الخالي من الفراغات (يستهدف >= 85% إلى 90% تغطية رطبة يتم التحقق منها بواسطة المسح الضوئي C بالموجات فوق الصوتية). يزيل اللحام حاجز خط ربط البوليمر للإيبوكسي ويغلق الأنبوب النحاسي ميكانيكيًا ضد الاهتزازات عالية الجاذبية.

· يعتبر  الربط الإيبوكسي الحراري الهيكلي المكون من جزأين  مناسبًا لوحدات التحكم L2+ الحساسة للتكلفة بقدرة 50 وات إلى 80 وات حيث يضيف خط الربط اللاصق مقاس 0.10 مم ارتفاعًا في درجة الحرارة أقل من 1.5 درجة مئوية؛ يعد الطلاء الانتقائي بالنيكل + تدفق اللحام المعدني  أكثر ملاءمة لوحدات التحكم L3 بقدرة 90 وات إلى 150 وات حيث يلزم الحد الأدنى من مقاومة التلامس وعدم تقادم خط الارتباط.

·  قاعدة القرار 3:  تحديد اللحام المعدني (فوق الأخاديد المطلية بالنيكل) بدلاً من إيبوكسي البوليمر عندما يتجاوز التدفق الحراري لشركة SoC المحلية 15 واط/سم² أو عندما تتطلب خطة اختبار DV 1000 دورة صدمة حرارية دون انحراف Rth.

4. واجهات التركيب واختناقات المقاومة الحرارية الرئيسية (Rth).

حتى أفضل غرفة بخار أو لوحة باردة سائلة تفشل إذا لم تتمكن الحرارة من عبور الفجوة بين مكونات ثنائي الفينيل متعدد الكلور والعلبة المعدنية. في تبريد L3 SoC ، يوجد ما يصل إلى 45% من إجمالي المقاومة الحرارية للوصلة إلى الهواء أو الوصلة إلى سائل التبريد داخل TIM (مادة الواجهة الحرارية، أو معجون ملء الفجوات المتوافق، أو الوسادة، أو فيلم تغيير الطور الذي يزيح جيوب الهواء العازلة بين الأسطح المتزاوجة).

4.1 التفاوتات في تصنيع الركيزة والمستوى المشترك

داخل وحدة تحكم ADAS، يجب أن يتصل غطاء مبيت واحد من الألومنيوم في نفس الوقت بـ SoC الأساسي، وأربع إلى ثماني حزم ذاكرة DDR5، واثنين من PMICs، ومحثات طاقة متعددة - كل منها يقع على ارتفاع مختلف للمكونات فوق PCB.

تخرج أسطح الألمنيوم المصبوب من قالب الصب مع خشونة سطحية تبلغ حوالي Ra 3.2 إلى 6.3 ميكرومتر وتغيرات في التسطيح تصل إلى 0.3 مم. لا تقم أبدًا بتطبيق TIM مباشرة على سطح مصبوب فوق شركة نفط الجنوب عالية الطاقة. يجب أن تخضع كل قاعدة تلامس ذات قدرة عالية للقطع الثانوي CNC لتحقيق ما يلي:

·  استواء القاعدة المحلية:  <= 0.03 مم إلى 0.05 مم لكل مسافة 100 مم.

·  خشونة السطح:  Ra <= 1.6 ميكرومتر (أو Ra <= 0.8 ميكرومتر عند استخدام مواد رقيقة متغيرة الطور).

·  Multi-Boss Coplanarity:  تفاوتات ارتفاع الخطوة في حدود +/- 0.05 مم عبر قواعد الرقاقة المتجاورة، لذا فإن مسامير ربط PCB لا تشوه لوحة الدائرة.

4.2 اختيار TIMs لمقاومة الضخ من -40 درجة مئوية إلى 85 درجة مئوية

عندما يسخن PCB ويبرد بشكل متكرر بين -40 درجة مئوية و+85 درجة مئوية، تتوسع لوحة الألياف الزجاجية FR4 والغطاء المصنوع من الألومنيوم وتنكمش بمعدلات مختلفة، مما يؤدي إلى إنشاء عملية تنظيف أفقية مجهرية وحركة تنفس عمودية في واجهة القاعدة.

1. حشوات الفجوات السائلة القابلة للتصرف المكونة من جزأين (3.0 إلى 7.0 واط·م⁻¹·K⁻¹):  يقوم التوزيع الآلي بترسيب سيليكون سائل أو خرزة غير سيليكون يتم علاجها في مكانها عند قوة ضغط منخفضة. نظرًا لأن ضغط الضغط الأقصى يبقى أقل من 30 إلى 50 رطل لكل بوصة مربعة، فإن حشوات الفجوات السائلة تمنع تشقق كرة اللحام BGA على عبوات SoC الكبيرة مقاس 35 مم × 35 مم مع الحفاظ على سمك خط الربط (BLT) حوالي 0.25 مم إلى 0.50 مم.

2. الوسادات الحرارية المرنة المقطوعة مسبقًا (3.0 إلى 8.0 واط·م⁻¹·K⁻¹):  مناسبة لإعادة العمل، ولكنها تتطلب انحراف ضغط بنسبة 30% إلى 40% لتقليل مقاومة التلامس، والتي يمكن أن تؤدي إلى ثني مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الرقيقة إذا كانت مواجهات البراغي متباعدة جدًا.

3. المواد متغيرة الطور (PCM) والمعجون عالي اللزوجة:  يستخدم مباشرة على شرائح SoC العارية أو المغطاة التي تتجاوز 20 وات/سم² حيث تحافظ القاعدة المحملة بنابض المُشغلة باستخدام الحاسب الآلي على سماكة خط الربط عند 0.05 مم إلى 0.15 مم. يتم عمومًا تجنب الشحم الحراري القياسي منخفض اللزوجة في الفجوات الواسعة للسيارات لأن التمدد الحراري التفاضلي يضغط ('يضخ' الشحوم باتجاه الحواف لأكثر من 500 دورة حرارية، مما يترك بقعًا جافة فوق مركز القالب.

· تعتبر  وسادات السيليكون الحرارية المقطوعة مسبقًا  مناسبة لرقائق الذاكرة والمحاثات منخفضة الطاقة التي تتطلب تفكيكًا ميدانيًا سهلاً. تعد حشوات الفجوات الموزعة والمكونة من جزأين  أكثر ملاءمة على مصفوفات SoC BGA الهشة متعددة الرقائق لتقليل إجهاد اللوحة الميكانيكية.

·  قاعدة القرار 4:  قم بتجهيز جميع قواعد التلامس SoC إلى <= 0.05 مم وقم بإقرانها بحشوات الفجوات السائلة المعالجة في المكان (0.20 مم إلى 0.40 مم BLT) لمنع كسر كرة اللحام BGA ومضخة الشحوم الحرارية.

5. أساسيات التحقق من صحة التصميم (DV): النجاة من -40 درجة مئوية إلى 85 درجة مئوية في اختبارات السيارات

يمكن أن يفشل الحل الحراري الذي يعمل على منضدة مختبر هندسي عند +25 درجة مئوية بشكل كارثي أثناء التحقق من صحة تصميم السيارات (DV) والتحقق من صحة الإنتاج (PV). عند تأهيل الأجهزة الحرارية للقيادة الذاتية  ، يجب على فرق المشتريات والجودة التحقق من أربعة أوضاع فشل خاصة بالسيارات.

5.1 دورات التجميد والذوبان تحت الصفر وبدء التشغيل البارد عند -40 درجة مئوية

تستخدم أنابيب الحرارة النحاسية وغرف البخار الماء منزوع الأيونات فائق النقاء تحت فراغ جزئي كمائع عمل لأن الماء لديه أعلى حرارة تبخر كامنة بين السوائل الآمنة. ومع ذلك، يتجمد الماء عند 0 درجة مئوية.

عندما تتوقف السيارة الكهربائية طوال الليل في فصول الشتاء الشمالية عند درجة حرارة -40 درجة مئوية، يتجمد الماء الموجود داخل فتيل الأنبوب الحراري ويصبح صلبًا. يظهر خطران للفشل:

·  توسيع جدار الأنبوب وتمزقه:  إذا قامت الشركة المصنعة للأنابيب الحرارية بملء شحنة السوائل بشكل زائد أو استخدمت بنية فتيل ملبدة بشكل سيئ، فإن تمدد الماء أثناء التجميد يؤدي إلى تمديد جدار الحاوية النحاسي الرقيق. بعد 200 إلى 500 دورة تجميد وذوبان، يصبح النحاس أكثر صلابة، ويحدث شقوقًا صغيرة، ويفقد الفراغ، ويتوقف عن نقل الحرارة بشكل دائم.

·  تجفيف بدء تشغيل المكثف المجمد:  عندما يقوم السائق بتشغيل السيارة عند -40 درجة مئوية، يتم تشغيل نظام ADAS SoC على الفور وترتفع إلى 60 وات في غضون ثوانٍ، بينما يظل طرف المكثف الخارجي لأنبوب الحرارة متجمدًا عند -40 درجة مئوية. وإلى أن تؤدي الحرارة الموصلة عبر جدار الألمنيوم إلى إذابة منطقة المكثف، لا يمكن للسائل العودة إلى المبخر. يوفر هيكل السيارة المصمم بشكل صحيح كتلة كافية من الألومنيوم الصلب (السعة الحرارية) أسفل قاعدة SoC مباشرةً لامتصاص أول 60 إلى 120 ثانية من حرارة التمهيد بينما يذوب أنبوب الحرارة بسلاسة.

5.2 حساسية إمالة السيارة/مستوى الطريق وتصميم الفتيل الملبد

على عكس رفوف الاتصالات الثابتة، تسير السيارات صعودًا وهبوطًا على المنحدرات الجبلية شديدة الانحدار (ما يصل إلى 30% من الانحدار، أو ~17 درجة ميل) والمنحنيات المنحنية.

إذا كان أنبوب الحرارة يعتمد على أخاديد محورية بسيطة أو فتائل شبكية سلكية، وكان إمالة السيارة تضع SoC الساخن (المبخر) أعلى ماديًا من زعانف التبريد الخارجية (المكثف)، فإن الجاذبية تحارب عودة السائل. يجف المبخر وتقفز درجة حرارة SoC بمقدار 25 درجة مئوية خلال دقيقة واحدة. يجب أن تستخدم أنابيب الحرارة وغرف البخار الخاصة بنظام ADAS للسيارات فتائل مسحوق نحاس دقيقة ملبدة  (مع نصف قطر مسام يمكن التحكم فيه حوالي 20 ميكرومتر إلى 50 ميكرومتر) لذا فإن الشفط الشعري يتغلب على الجاذبية حتى عند التشغيل بزوايا ميل غير مواتية.

5.3 الصدمة الحرارية، والاهتزاز العشوائي، وتأهيل الضباب الملحي

قبل التوقيع على أجزاء العينة B أو العينة C، اطلب من المورد الحراري التحقق من صحة التجميعات وفقًا لعتبات اختبار DV الأساسية التالية:

1. دورة الصدمات الحرارية (ISO 16750-4):  1000 دورة من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية (أو +105 درجة مئوية) مع فترات سكون مدتها 30 دقيقة. يجب أن يظل تحول المقاومة الحرارية (Rth) بعد الاختبار بين قاعدة SoC ومجموعة الزعانف أقل من +/- 5% إلى 8%، مما يثبت عدم وجود تصفيح لحام أو فقدان فراغ الأنابيب الحرارية.

2. الاهتزاز الجيبي والعشوائي (ISO 16750-3):  اختبار الاهتزاز متعدد المحاور (عادةً من 10 هرتز إلى 2000 هرتز، و30 إلى 50 م/ث² RMS اعتمادًا على تركيب الجسم مقابل تركيب الهيكل) للتحقق من عدم تشقق الأنابيب الحرارية الكابولية، وحوامل المروحة، ومنافذ فوهة السائل FSW.

3. الضباب الملحي والتآكل الناتج عن الرطوبة (IEC 60068-2-52 / ASTM B117):  240 إلى 720 ساعة من رش الملح المحايد أو الدوري. يجب أن تكون أنابيب الحرارة النحاسية المكشوفة أو غرف البخار المدمجة على السطح الخارجي لمبيت الألومنيوم مختومة بتخميل الكرومات ثلاثي التكافؤ، أو طلاء النيكل الانتقائي، أو الطلاء الكهربي (الطبقة الإلكترونية) لمنع التآكل الجلفاني على طول خط التماس النحاس إلى الألومنيوم.

4. قاعدة القرار 5:  حدد فتائل النحاس المسحوق الملبدة والتي تم التحقق من صحتها عبر 1000 دورة صدمة حرارية للتجميد والذوبان (-40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية) وتتطلب حدًا أقصى لتدهور Rth بعد التدوير بنسبة <= 8% في مواصفات اختبار DV الخاص بك.

6. مصفوفة قرار الاختيار حسب شركة نفط الجنوب للطاقة، ومغلف الفضاء، والتكلفة

لمساعدة مهندسي الأنظمة ومديري المشتريات على تأمين أجهزة التبريد المناسبة خلال مرحلة طلب عرض الأسعار، يبين الجدول أدناه مستويات القيادة الذاتية مقابل البنية الحرارية ومسار التصنيع ومؤشر التكلفة.

 

6.1 السيناريو الهندسي الواقعي: حل اختناق L3 SoC في مظروف مقاس 34 مم أسفل المقعد

·  الخلفية:  كان المستوى الأول للسيارات يقوم بتطوير وحدة تحكم مجال SoC L3 مزدوجة تعمل على تبديد إجمالي 125 وات (مع معالجين رئيسيين بقدرة 45 وات و35 وات من الذاكرة/حمل PMIC) مثبتة أسفل مقعد الراكب الأمامي داخل حد ارتفاع صارم يبلغ 240 مم × 190 مم × 34 مم.

·  التحدي:  أثناء اختبار DV للغرفة +80 درجة مئوية، عانى النموذج الأولي الذي يستخدم مبيت ADC12 صلب مصبوب مع مروحة منفاخ خارجية من نقطة ساخنة تبلغ 21 درجة مئوية مباشرة فوق قالبي SoC، مما دفع درجات حرارة الوصلات إلى 114 درجة مئوية (9 درجات مئوية فوق عتبة الاختناق البالغة 105 درجة مئوية). تم رفض تشغيل خراطيم سائل التبريد أسفل حاجز المقعد المنزلق من قبل فريق السلامة الداخلية التابع للشركة المصنعة للمعدات الأصلية.

·  الاعتبارات الفنية ومنطق الاختيار:  للحفاظ على تبريد الهواء دون زيادة ارتفاع Z، تم طحن قاعدة المبيت مباشرة فوق شركتي SoC لقبول غرفة بخار نحاسية مطلية بالنيكل بسمك 3.0 مم (95 مم × 140 مم)، مدعومة بأربعة أنابيب حرارية نحاسية ملبدة مسطحة بقطر 6 مم ملحومة في الأخاديد التي تمتد إلى زعانف الكفن المحيطية. تم قطع الركائز باستخدام الحاسب الآلي إلى 0.04 مم لحشو فجوة سائلة 0.30 مم. أدت ترقية أنبوب الحرارة VC + إلى خفض نقطة اتصال قاعدة SoC بمقدار 13.5 درجة مئوية، مما يحافظ على Tj عند 100.5 درجة مئوية عند 85 درجة مئوية بينما ينجو من 1000 دورة من الصدمة الحرارية من -40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية.

·  قاعدة القرار 6:  عندما ترتفع درجة حرارة وحدة التحكم الإلكترونية L2+/L3 المثبتة أسفل المقعد أو المقصورة بين 80 وات و150 وات على قالب صب قياسي، قم بدمج غرفة بخار نحاسية ملحومة وأنابيب حرارية ملبدة قبل اللجوء إلى سباكة سائل تبريد المقصورة.

يتطلب تصنيع حاوية ADAS الهجينة تنسيقًا وثيقًا بين الصب بالقالب عالي الضغط، والطحن الدقيق بقاعدة CNC، وتلبيد الأنابيب الحرارية/VC، وإعادة تدفق اللحام، وفحص الفراغ بالمسح الضوئي C بالموجات فوق الصوتية، وختم قناة السائل FSW. تأسست شركة Guangdong Winshare Thermal Technology Co., Ltd. في عام 2009 في دونغقوان، وتدير منشأة بمساحة 60000 متر مربع تضم أكثر من 800 موظف وأكثر من 200 براءة اختراع بموجب شهادات IATF 16949 وISO 9001 وISO 14001 وISO 45001. نظرًا لأن Winshare تدير أعمال الصب بالقالب، والتصنيع باستخدام الحاسب الآلي، والتزحلق، وتجميع الأنابيب الحرارية/VC، واللحام بالتحريك الاحتكاكي، والنحاس الفراغي داخل الشركة - وتقوم ببناء مصنع جديد في تشونبوري، تايلاند - يقوم فريقنا بتسليم مباني وحدة تحكم مجال ADAS المعتمدة بالكامل وألواح التبريد لقادة الصناعة بما في ذلك BYD، وGeely، وChery، وXPeng، وLucid، وLi Auto، وSungrow، وDelta.

7. الاستنتاج

يتطلب الحفاظ على استقرار إدارة ADAS الحرارية  من -40 درجة مئوية إلى 85 درجة مئوية مطابقة أجهزة توزيع الحرارة لديك مع تدفق الحرارة الموضعي الخاص بشركة نفط الجنوب بدلاً من الاعتماد على حجم الهيكل الكبير وحده. قم بتنفيذ هذه القواعد الهندسية الأربع في برنامج التحكم في القيادة الذاتية التالي:

·  ترقية ADC12 العاري السابق إلى ما فوق 45 وات:  بمجرد أن يتجاوز تبديد SoC 45 وات إلى 50 وات، يخلق الألومنيوم المصبوب العاري نقاط انتشار شديدة؛ قم بتضمين أنابيب حرارية نحاسية ملبدة أو غرفة بخار نحاسية مباشرة فوق قاعدة المعالج.

·  حافظ على وحدات L2+/L3 بالمقصورة جافة حتى 150 وات، ثم تحول إلى سائل:  استخدم مبيتات مصبوبة + VC/أنابيب حرارية لوحدات التحكم المثبتة على الكابينة بقدرة 60 وات إلى 150 وات، وقم بالتبديل إلى ألواح باردة سائلة بالماء والجليكول محكمة الغلق بـ FSW لمنصات حوسبة مركزية بقدرة 160 وات إلى 500 وات+ L3/L4.

·  التحكم في واجهة القاعدة:  قطع جميع رؤوس الرقائق عالية الطاقة باستخدام الحاسب الآلي إلى <= 0.05 مم لكل 100 مم، ولحام VC عالي التدفق (بدلاً من الإيبوكسي) فوق الجيوب المطلية بالنيكل، واستخدام حشوات الفجوات السائلة المعالجة في مكانها لمنع ضخ الشحوم الحرارية.

·  فرض بوابات DV للتجميد والذوبان في السيارات:  تأهيل أنابيب الحرارة ذات الفتيل الملبد وVC عبر 1000 دورة صدمة حرارية (-40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية) مع التحقق من الروابط بالموجات فوق الصوتية وختم التآكل بالضباب الملحي.

 

التعليمات

هل تنفجر الأنابيب الحرارية النحاسية المملوءة بالماء عند إيقاف السيارة الكهربائية في درجة حرارة -40 درجة مئوية؟

ليس إذا تم تصميمها خصيصًا لدورات تجميد وذوبان السيارات. في حين أن أنابيب الحرارة الإلكترونية التجارية القياسية يمكن أن تنتفخ أو تتشقق أقل من -20 درجة مئوية، فإن أنابيب الحرارة النحاسية المخصصة للسيارات تستخدم نسب تعبئة مياه منزوعة الأيونات يتم قياسها بدقة (عادةً 15% إلى 22% من مساحة البخار)، وجدران نحاسية C1020 عالية الليونة وخالية من الأكسجين، وفتائل مسحوق ملبدة تستوعب تمدد الجليد بشكل قطري دون تمزيق الجدار عبر أكثر من 1000 دورة عند -40 درجة مئوية.

إلى أي مدى يمكن لغرفة بخار النحاس (VC) خفض درجة حرارة الوصلة SoC مقارنة بالألومنيوم المصبوب ADC12 العاري؟

في نظام ADAS SoC نموذجي بقدرة 50 إلى 80 واط مع بصمة قالب مقاس 25 مم × 25 مم، يؤدي تضمين غرفة بخار نحاسية من 2.5 مم إلى 3.5 مم في قاعدة مبيت ADC12 إلى تقليل مقاومة الانتشار الموصلة بنسبة 50% إلى 70%، مما يؤدي عادةً إلى خفض درجة حرارة تقاطع SoC القصوى بمقدار 8 درجات مئوية إلى 15 درجة مئوية في ظل ظروف تدفق هواء مماثلة.

هل يجب تركيب أنابيب الحرارة وغرف البخار على الجانب الداخلي (جانب ثنائي الفينيل متعدد الكلور) أو الخارج (جانب الزعانف) لغطاء ADAS المصبوب؟

إن تركيب أنابيب VC أو أنابيب الحرارة على الوجه الداخلي (الاتصال مباشرة بـ TIM عبر SoC) يعطي أقل مقاومة حرارية لأن الحرارة تدخل غرفة تغيير الطور النحاسية على الفور دون المرور عبر جدار ألومنيوم منخفض الموصلية أولاً. ومع ذلك، إذا كانت حجرات التدريع EMI الداخلية أو ارتفاعات الدرجات تمنع الوضع الداخلي، فإن حفر الأخاديد في الجدار الخارجي المقابل مباشرة لقاعدة الألومنيوم الرقيقة (1.5 مم إلى 2.0 مم) يعد بديلاً مستخدمًا على نطاق واسع.

كيف يمكنك منع التآكل الجلفاني بين أنابيب الحرارة النحاسية وغطاء الألمنيوم المصبوب؟

يؤدي ملامسة النحاس العاري للألمنيوم العاري في وجود الهواء الملحي الرطب إلى إنشاء خلية كلفانية تؤدي إلى تآكل أخدود الألومنيوم وتؤدي إلى تدهور الاتصال الحراري. يمنع المصنعون ذلك عن طريق طلاء أنابيب الحرارة النحاسية/VC بالنيكل، وتطبيق طلاء تحويل الكرومات ثلاثي التكافؤ على صب الألومنيوم، ولحام الوصلة بدون شقوق مكشوفة، وإغلاق التماس الخارجي بطبقة إيبوكسي أو طلاء كهربي (طبقة إلكترونية).

متى تكون اللوحة الباردة السائلة المبثوقة + FSW أفضل من العلبة المصبوبة + FSW لوحدة التحكم بالمجال L4؟

إذا كان مبيت وحدة التحكم يتطلب فتحات توصيل ثلاثية الأبعاد معقدة، وأقواس تثبيت مدمجة، وتبريد ثنائي الفينيل متعدد الكلور من الأعلى والأسفل، فإن المبيت المصبوب مع غطاء قناة سائل ملحوم بـ FSW مثالي للكميات الكبيرة (> 20000 وحدة/سنة). إذا كان الحجم السنوي أقل (1000 إلى 10000 وحدة / سنة) أو كانت اللوحة الباردة عبارة عن لوحة شطيرة مركزية مسطحة يتم تبريدها على كلا الوجهين بواسطة ثنائي الفينيل متعدد الكلور، فإن لوحة 6061/6063 مُشكَّلة باستخدام الحاسب الآلي أو مقذوفة عبر FSW تتجنب قالب الصب باهظ الثمن NRE وتوفر موصلية حرارية أكبر (167 إلى 209 واط·m⁻¹·K⁻¹ مقابل ~96 وات·م⁻¹·ك⁻¹).

كيف يمكنك فحص جودة رابط اللحام بين أنبوب VC/الحرارة وغطاء الألومنيوم في الإنتاج الضخم؟

بموجب ضوابط العملية IATF 16949، يستخدم المصنعون التصوير غير المدمر بالموجات فوق الصوتية C (أو الفحص بالأشعة السينية) لرسم خريطة لطبقة اللحام بين أنبوب الحرارة المسطح/VC وجيب الألومنيوم المُشكَّل، مع رفض الأجزاء التي يزيد إجمالي تفريغ اللحام عن 15% أو أي فراغ فردي يتجاوز 3 مم مباشرة أسفل بصمة SoC.