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流线型、小巧、快速已经成为汽车制造业发展的趋势。本文介绍层压制品技术如何解决汽车电子模块存在的问题。
在微处理器市场持续发展的推动下，汽车中的电子模块也逐渐在变得更小而且功能更强大。随着速度提高、输出增加，所产生的热量也随之增加。虽然汽车电子工程师以前成功地使用了热衬垫，但是，随着器件变得越来越小，而其所要提供的速度和输出却变得越来越高，产业界必须使用热油脂，粘合剂和胶凝体来进行散热。进一步的解决办法是使用先进的层压技术，这项技术适用于双面贴装元件，可以用於插入式元件，可以装在客舱内，车头盖下或发动机旁边。
尽管努力进行冷却，但是器件还是很快就热了起来。人们的聪明才智不仅仅体现在终端产品上，也体现在材料上。当处理过程和设备的改进驱使性能特性改进时，材料性能就成为了最终产品性能是否能达标决定因素（图1）。
图1 汽车电子器件要面对各种苛刻的因素, 譬如温度很高的环境。
所有的产业都受到时刻变化的市场的影响；然而，汽车行业是要在狭小的空间内，安置更多的东西，提高安全性，安装更多的传感器。供应商开发的产品必须能够承受住更为严峻的高温环境。所有元件的效率都必须很高。许多器件是用于传动系统或者或者废气再循环系统，它们要能够在极高和极低的温度环境下工作。在传统的陶瓷技术中，底板的散热采用的都是低应力设计。不过，对于更小的器件，最好是可以使用双面电路，如果说不是必要的话。
先进的层压技术已经出现了好几年，但是，它在汽车领域中的应用还是处于起步阶段。汽车电子设备是在各种严峻的环境下工作的，从高温环境和周围恶劣的气候到坑坑洼洼的道路，和汽车使用的化学材料。现在的发展趋势是把控制模块装在引擎上，装在传动系统的位置上，这种设计提高了对可靠性的要求。通过电力操纵的技术也要求器件的性能达到更高的标准。使用燃料电池的汽车的进一步发展，需要更先进的电子设计和性能更好的材料，用以处理功率更高的器件和解决越来越严峻的散热问题。
在先进的层压技术有两双面，可以灵活地进行设计，同时，也对散热提出了新的要求。所使用的材料必须为器件提供更好的热性能和更低的应力。热导材料必须作为贴装在层压电路上的有源器件和金属外壳的散热途径。这些材料必须夹在固定在层压板上的硅芯片与铝基板或壳体之间。如果导热介面材料（ IM）符合电子设计要求的话，最好是使用这种材料。为了把热量都散发出去，材料的导热性能必须很好，而且模数很小。
由于成本较高，导热材料与先进层压产品一起使用，这很难得到人们的接受。尽管结果很重要，但是，因为只有那么一点产品使用到热材料，所以实际上它的成本还是很小的。现在的一个常见错误就是为非常热的地方选择工业级的材料。工业级材料耐用而且适合处理这些问题，但是，事情并不总是这样的。还有一些人选择工业级产品，虽然他们认识到，他们也许是牺牲一些性能来换取更低的成本。从材料上省下来的钱很可能会导致所有元件的性能下降，并影响到它们的寿命。
最近，有一家防抱制动系统的供应商需要用到一种能在持续200℃环境下保持热特性的散热介面材料。由于内部的散热或是由于无法处理机械应力问题，实际上不能这种情况下使用工业级材料的。在高温下，由于不断的膨胀和收缩，硅树脂导热膏往往会脱落，会变干。导热环氧树脂粘合剂的机械性能是适合，但是由于它的模数大，很可能会导致元器件的失效。在这种情况下，最好是使用低模数粘合剂。
在汽车行业，采用胶凝体来做热界面材料是件相当新鲜的事。这也属正常，因为这个行业并不要求处理器的速度像其他市场那么高，也不要求发热很大的输出。胶凝体的散热性能较好，而且可以更好地适应各种形状的元件使用。
在某汽车电子器件供应商的一个应用中，一个结构紧凑的小型模块功能增多了，用一种胶凝体可以把它的热量散发出去。发动机控制器的设计采用的是倒装芯片压层技术，需要专门配方的胶凝体，要求它的导热性能很好，电气绝缘，它使用的填料是可以控制的、没有腐蚀性、颗粒尺寸很小。在早期的设计中，使用一种工业级的油脂。然而，当油脂抽离表面的时候，就失去了这散热途径了。缺乏散热途径会导致芯片过热，并且在最初的生产启动后，现场失效率会很高。用导热粘合剂来解决设计问题时，又会出现另外一个意想不到的失效模式。由于芯片破裂，含有高硬度、大尺寸颗粒填料的粘合剂会引起电子产品出现早期失效。人们使用低模数聚合物、软矿物质填料研制了一种导热介面材料，这种填料可以提高承受热循环的能力。
对於汽车环境，你应该择哪一种先进的层压材料？要确定需要散发的热量，器件在使用时需要承受的机械强度和应力和供应商共同合作。
作者简介
George Sears是LORD公司电子部产品开发和技术服务经理，电邮地址：george_sears@lord.com。
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