汽車電氣化需求正在刺激封裝技術(shù)創(chuàng)新

現(xiàn)代的汽車已由復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)逐漸演變?yōu)閺?fù)雜的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。文章著重探討了整合大量電子控制單元（ECUs）和轉(zhuǎn)向區(qū)域架構(gòu)的挑戰(zhàn)和創(chuàng)新，關(guān)注點(diǎn)在于封裝創(chuàng)新如何釋放這場(chǎng)科技革命的潛力。

如今的汽車已不再是我們熟悉的傳統(tǒng)車輛，它們更像是一臺(tái)裝有輪子的電子設(shè)備。近年，電氣化風(fēng)潮席卷整個(gè)汽車業(yè)，設(shè)計(jì)師積極尋求降低車重、提升可靠性、簡(jiǎn)化車輛組裝、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化以及實(shí)現(xiàn)高級(jí)駕駛員輔助和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等， 更別提動(dòng)力系統(tǒng)的變革。

當(dāng)電氣化在早期階段仍限于特定車輛功能，領(lǐng)域控制方式自然成為理想選擇。但隨著軟件使用量增長(zhǎng)以及軟件故障風(fēng)險(xiǎn)增加，我們開始發(fā)現(xiàn)需要可升級(jí)單元的需求。由各種ECU組合產(chǎn)生的復(fù)雜性進(jìn)一步提高了實(shí)施有效升級(jí)的難度。這導(dǎo)致大量的電子控制單元（ECUs）被集成以處理擴(kuò)張的功能，部分車輛內(nèi)含有超過100個(gè)這樣的模塊，然而車體內(nèi)的安裝空間極其有限。布線也因此變得復(fù)雜而沉重，這勢(shì)必影響到節(jié)省重量和提高可靠性的初衷。

隨著汽車功能的日益增長(zhǎng)，特定ECU開始負(fù)責(zé)更多的功能。這種被稱為“區(qū)域架構(gòu)”的模式當(dāng)下正得到廣泛青睞，可減少ECU的數(shù)量，并允許簡(jiǎn)化布線。這種“靜態(tài)”的特性集可意味著成本的降低。然而，如同任何工程挑戰(zhàn)那樣，一方的收益常常意味著另一方需要做出妥協(xié)。將多個(gè)不同功能整合到較少的ECUs中，可能會(huì)使得這些單元變得過于龐大、重量過大、耗電過大。我們其實(shí)無(wú)需接受這樣的折衷。

車輛基礎(chǔ)設(shè)施中的功率半導(dǎo)體封裝

工程師和設(shè)計(jì)師已經(jīng)借鑒電子行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)來(lái)應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)：提升半導(dǎo)體集成度并采用更復(fù)雜的多層基板，以縮小組件間距，從而減少PCB尺寸和設(shè)備體積。然而，這些額外加入的電路也帶來(lái)了每個(gè)ECU的典型功率需求增加?？臻g的壓縮需要電源電路更小，同時(shí)處理更大的功率。這就引起了功率密度的提升，必須增強(qiáng)散熱以防止過熱和早期ECU故障。

在其他行業(yè)，設(shè)計(jì)師們已經(jīng)迅速采用了使用同步整流和零電壓開關(guān)等技術(shù)的先進(jìn)電力轉(zhuǎn)換拓?fù)鋪?lái)提高效率和減少散熱。然而，在汽車行業(yè)，因素如成本、可靠性和耐久性更優(yōu)先，往往會(huì)引導(dǎo)設(shè)計(jì)師們轉(zhuǎn)向更保守、經(jīng)過驗(yàn)證的方案，如異步降壓、升壓和SEPIC轉(zhuǎn)換器。所以，盡管對(duì)功率密度的壓力推動(dòng)了元件廠商開發(fā)體積更小的封裝，但這些元件必須適當(dāng)?shù)厣l(fā)同樣多的熱量。

需要新的半導(dǎo)體封裝用于晶體管和整流二極管，能節(jié)省空間同時(shí)具備極高的熱效益。許多代產(chǎn)品的設(shè)計(jì)師們依賴已經(jīng)確立的封裝方式，如SOT23和SMx (SMA, SMB, SMC)。然而，隨著需求的快速變化，現(xiàn)在急需具有更高散熱能力的新型封裝技術(shù)。

話題轉(zhuǎn)向CFP（Clip-bonded FlatPower）封裝和DFN（discrete flat no-lead）封裝，兩款節(jié)省空間、高熱效率的創(chuàng)新封裝。這些封裝類型已經(jīng)在生產(chǎn)線上證明更具成本效益，因?yàn)榉庋b成本與封裝大小成反比。尤其是，CFP封裝在生產(chǎn)成本方面已經(jīng)超越了傳統(tǒng)的SMx，DPAK，TOx等封裝方式。預(yù)測(cè)這種情況也將發(fā)生在DFN封裝上。

現(xiàn)代汽車和工業(yè)應(yīng)用的不斷增長(zhǎng)的功率需求，已經(jīng)引發(fā)了元件市場(chǎng)的變化，這將影響元件的價(jià)格和可用性。如SMA、SMB和SMC這樣的“經(jīng)典”封裝的需求預(yù)計(jì)將超過其供應(yīng)和可用性，這將迫使設(shè)計(jì)師們?nèi)绻胍尞a(chǎn)品具有更好的性能和易替換的方案，不被市場(chǎng)淘汰，就必須將目光放在性能更好的封裝技術(shù)。

對(duì)于現(xiàn)代汽車制造商來(lái)說，接納這些先進(jìn)封裝技術(shù)不僅可以滿足當(dāng)前復(fù)雜的電子市場(chǎng)的需求，也為未來(lái)的創(chuàng)新和效率鋪平道路。如今對(duì)于更小、更強(qiáng)大、更可靠的汽車電子控制單元的需求，已經(jīng)與幾乎所有電子產(chǎn)品市場(chǎng)的需求相呼應(yīng)。幸運(yùn)的是，這些需求變現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)由最新的高效封裝技術(shù)得到了應(yīng)對(duì)的方案，這些技術(shù)顯著地減小了晶體管和二極管的占地面積，提高了冷卻效率。對(duì)于這個(gè)行業(yè)的制造商來(lái)說，增加產(chǎn)能以匹配市場(chǎng)需求增長(zhǎng)將是合理的投資，特別是當(dāng)汽車和工業(yè)應(yīng)用需求不斷增長(zhǎng)，并且從CFP和DFN封裝產(chǎn)品中受益時(shí)。這些型號(hào)的多樣性將加速向更小、熱效率優(yōu)化的封裝的過渡。接納這些先進(jìn)的封裝技術(shù)，制造商們不僅可以滿足當(dāng)前各種電子市場(chǎng)的需求，同時(shí)也為對(duì)應(yīng)應(yīng)用市場(chǎng)的創(chuàng)新和效率建立了基礎(chǔ)。