新能源汽車就像一個“移動的芯片工廠”——從控制方向盤的MCU,到驅(qū)動電機的IGBT,再到中控大屏的顯示芯片,還有各種感知、傳輸和計算等不同功能的芯片。不同車型從數(shù)百顆到三四千顆芯片要在- 40℃——150℃的極端溫差、振動顛簸的復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定工作。而芯片能否“焊得牢、跑得穩(wěn)”,關(guān)鍵就看焊料的選擇。錫膏和燒結(jié)銀這兩種常用焊料,看似都是“粘芯片的膠水”,實際卻因特性不同,適配著汽車里完全不同的“崗位需求”。
1、錫膏和燒結(jié)銀兩者有何差異
要理解它們的應(yīng)用差異,得先摸清兩者的核心特性——就像選工具,螺絲刀和扳手各有擅長,焊料也得“看活下菜”。
錫膏:“性價比之王”,擅長“批量干細活”
錫膏是咱們最熟悉的焊料,主要成分是錫合金粉末(比如常用的SAC305)和助焊劑。它的“性格”很接地氣。
熔點適中:普通無鉛錫膏熔點約217℃,焊接時用回流焊爐加熱到240℃左右就能融化,不會燙傷大部分芯片(多數(shù)芯片耐溫能到260℃)。
工藝成熟:像印刷、回流焊這些流程,汽車電子廠已經(jīng)用了十幾年,良率能穩(wěn)定在99.5%以上,適合上百萬顆芯片的批量生產(chǎn)。
成本友好:一公斤錫膏價格大概幾百元,比燒結(jié)銀便宜10倍以上,對于需要大量焊接的普通芯片來說,能大幅控制整車成本。
缺點也明顯:耐高溫和導(dǎo)熱性一般——超過150℃后,錫膏焊接的接頭會變軟,熱量傳遞效率也不高(熱導(dǎo)率約60W/(m?K)),扛不住高功率芯片的 發(fā)燒。
燒結(jié)銀:“高性能猛將”,專扛“高溫高功率硬仗”。
燒結(jié)銀的核心成分是納米/微米銀顆粒和少量有機載體,焊接時通過加熱(150℃~300℃)讓銀顆?!叭酆稀背蛇B續(xù)的銀層。它的“性格”主打一個“硬核”。
耐高溫不軟化:燒結(jié)后形成的銀層熔點接近純銀的961℃,就算芯片工作到 180℃,接頭也不會變形,特別適合長期高溫作業(yè)。
導(dǎo)熱像“熱導(dǎo)管”:熱導(dǎo)率能達到200W/(m?K) 以上,是錫膏的3倍多,能快速把芯片產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出去,避免 過熱死機。
機械強度高:焊接接頭的剪切強度(抗脫落能力)是錫膏的2倍,就算汽車顛簸振動,芯片也不容易松脫。
缺點也突出:成本高(一公斤燒結(jié)銀要幾千元)、工藝復(fù)雜(部分需要加壓燒結(jié)),不適合普通芯片的大規(guī)模應(yīng)用。
2、汽車不同部位芯片焊接如何選擇焊料
新能源汽車的芯片分布在不同“崗位”,有的只需要“穩(wěn)穩(wěn)干活”,有的卻要 “扛高溫、扛高功率”——這就決定了焊料的選擇。
錫膏:負責(zé)“普通控制崗”,哪里需要批量焊就去哪里。
汽車里大部分“不發(fā)燒”的芯片,都靠錫膏焊接,比如這些部位。
車載 MCU(微控制器):像控制車窗、空調(diào)、燈光的MCU芯片,功率低(通常幾瓦),工作溫度最高85℃,用錫膏焊接完全夠用。而且這類芯片一輛車要裝十幾顆,錫膏的批量工藝和低成本正好匹配,能把每顆芯片的焊接成本控制在幾分錢。
中控與傳感器芯片:中控大屏的顯示驅(qū)動芯片、倒車雷達的超聲波傳感器、胎壓監(jiān)測芯片,這些芯片要么功率低,要么工作環(huán)境溫度不高(中控區(qū)域溫度一般不超過60℃),錫膏的焊接可靠性完全能滿足需求。比如顯示芯片用“回流焊 +錫膏印刷”,一次能焊完一塊中控板上的所有芯片,效率極高。
低壓電子模塊:像車載USB接口、車機系統(tǒng)的藍牙芯片,這些低壓模塊的芯片對溫度和導(dǎo)熱沒特殊要求,錫膏的“性價比優(yōu)勢” 在這里體現(xiàn)得淋漓盡致——既能保證焊接質(zhì)量,又能降低整車電子系統(tǒng)的成本。
為什么這些部位不用燒結(jié)銀?很簡單:“殺雞不用牛刀”。燒結(jié)銀的高性能在這里用不上,反而會讓成本飆升——如果中控芯片全用燒結(jié)銀,一塊中控板的焊接成本可能從幾十元漲到幾百元,整車成本會增加上千元。
燒結(jié)銀:鎮(zhèn)守“功率核心崗”,專扛最“燒”的芯片。
汽車里最“累”的芯片——那些要驅(qū)動電機、控制電池的高功率芯片,必須靠燒結(jié)銀“鎮(zhèn)場”,比如這些關(guān)鍵部位:
IGBT/SiC功率模塊:這是新能源汽車的“心臟”——驅(qū)動電機的動力就來自它,工作時功率能達到幾百瓦,溫度會飆升到150℃以上。如果用錫膏焊接,150℃的溫度會讓錫膏接頭軟化,不僅熱量傳不出去,還可能導(dǎo)致芯片脫落,引發(fā)電機故障。而燒結(jié)銀的耐高溫和高導(dǎo)熱性正好解決這個問題:銀層能把IGBT 產(chǎn)生的熱量快速導(dǎo)到散熱片上,就算長期150℃工作,接頭也不會變形,保證電機穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。
電池管理系統(tǒng)(BMS)的高壓芯片:BMS里的高壓采樣芯片、預(yù)充電路芯片,要處理電池的高電壓(幾百伏)和大電流,工作時也會產(chǎn)生不少熱量(溫度可能到125℃)。用燒結(jié)銀焊接能確保這些芯片在高溫下不“掉鏈子”,避免因芯片焊接失效導(dǎo)致電池過充、過放,保障行車安全。
電機控制器芯片:電機控制器是直接驅(qū)動電機的“指揮官”,里面的功率芯片(如SiC MOSFET)工作溫度能到175℃,普通錫膏在這個溫度下已經(jīng)接近“軟化臨界點”,而燒結(jié)銀的銀層能穩(wěn)穩(wěn)“抓住”芯片,同時高效導(dǎo)熱,讓電機控制器持續(xù)輸出動力。
為什么這些部位不用錫膏?因為“扛不住”。比如IGBT模塊如果用錫膏,連續(xù)高速行駛時,熱量會讓錫膏接頭的熱阻變大,芯片溫度會持續(xù)升高,最終可能導(dǎo)致 “熱失控”——電機突然失去動力,這在行駛中是極大的安全隱患。
3、兩者關(guān)系和未來發(fā)展預(yù)期
錫膏和燒結(jié)銀在新能源汽車里,不是替代關(guān)系,而是互補關(guān)系。
錫膏靠低成本、高量產(chǎn)、夠用的性能,撐起了汽車里大部分普通芯片的焊接需求,是性價比擔(dān)當(dāng)。燒結(jié)銀靠耐高溫、高導(dǎo)熱、高可靠,守住了高功率芯片的 安全底線,是性能擔(dān)當(dāng)。
隨著新能源汽車向“高續(xù)航、高功率”發(fā)展,高功率芯片的需求會越來越多,燒結(jié)銀的應(yīng)用會逐漸擴大;但普通控制芯片的數(shù)量也在增加,錫膏的性價比優(yōu)勢依然不可替代。未來,兩種焊料會繼續(xù)在汽車里各司其職——既讓整車成本可控,又能保證核心芯片的穩(wěn)定工作,最終實現(xiàn)安全、高效、低成本的平衡。
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