電動(dòng)車高壓平臺(tái):PCB 絕緣層,M6級(jí)材料成突破關(guān)鍵
隨著電動(dòng)車從 400V 平臺(tái)向 500V+(含 800V)高壓平臺(tái)升級(jí),充電 10 分鐘續(xù)航 400 公里的體驗(yàn)逐漸落地,但高壓也給重要部件 PCB帶來了新挑戰(zhàn);作為電池管理系統(tǒng)、電機(jī)控制器、OBC的 神經(jīng)中樞,PCB 的絕緣層成了 前列道安全防線。普通低壓 PCB 的絕緣層在 500V + 高壓下,輕則出現(xiàn)漏電、發(fā)熱,重則引發(fā)絕緣擊穿、起火,這也讓高壓平臺(tái)對(duì) PCB 絕緣層提出了 耐高壓、抗漏電、耐惡劣環(huán)境”的特殊要求,而 M6 級(jí)環(huán)氧玻璃布、改性 PI 等材料正成為行業(yè)解決方案。
500V 平臺(tái)的 PCB,絕緣層要是扛不住高壓擊穿,相當(dāng)于給電池包裝了定時(shí)。普通低壓 PCB(12V/48V)的絕緣層,絕緣強(qiáng)度通常在 10-15kV/mm,而 500V + 高壓平臺(tái)要求絕緣層絕緣強(qiáng)度至少達(dá)到 20kV/mm,800V 平臺(tái)更是要突破 30kV/mm,相當(dāng)于 用更薄的絕緣層扛住翻倍的電壓沖擊。
這背后的關(guān)鍵是材料選擇。目前行業(yè)主流采用 M6 級(jí)環(huán)氧玻璃布基材,其絕緣層通過 樹脂改性 + 玻纖布加密提升耐擊穿性能;樹脂中添加納米氧化鋁顆粒,填充絕緣層內(nèi)部孔隙,減少高壓下的 局部放電;玻纖布采用高密度編織,避免纖維間隙成為擊穿通道。工藝上也有講究。高壓 PCB 的絕緣層厚度需精確控制,比如 BMS PCB 的絕緣層厚度多設(shè)定為 0.2-0.3mm,既保證絕緣強(qiáng)度,又避免過厚導(dǎo)致散熱變差。我們會(huì)用激光測(cè)厚儀逐片檢測(cè),厚度偏差控制在 ±0.02mm 內(nèi),不然局部過薄容易被高壓擊穿。
電動(dòng)車行駛中難免遇到雨天、涉水,潮濕環(huán)境會(huì)讓高壓 PCB 的絕緣層表面形成 導(dǎo)電水膜,引發(fā) 漏電起痕;電流沿著絕緣層表面的水膜流動(dòng),逐漸形成導(dǎo)電通道,蕞終導(dǎo)致絕緣失效。這也是 500V + 平臺(tái) PCB 絕緣層的另一大難點(diǎn),普通 PCB 的絕緣層在潮濕環(huán)境下,漏電電流往往超過 1mA,而高壓平臺(tái)要求漏電電流≤0.1mA,且 漏電起痕指數(shù)需達(dá)到蕞高的 1 級(jí)。解決這一問題需要 材料 + 工藝雙管齊下。材料端,絕緣層表面會(huì)涂覆一層 防爬電涂層(如改性硅樹脂),水接觸角從普通絕緣層的 60° 提升至 110°,水珠不易附著,自然減少導(dǎo)電水膜形成;工藝端,PCB 的邊緣會(huì)做圓弧倒角(半徑≥0.5mm),避免直角處電場(chǎng)集中,降低漏電起痕風(fēng)險(xiǎn)。而未做處理的普通 PCB,相同條件下 300 小時(shí)就出現(xiàn)明顯起痕,漏電電流飆升至 2mA。
500V + 高壓平臺(tái)的 PCB,往往工作在 高溫 + 化學(xué)腐蝕的惡劣環(huán)境中:電機(jī)控制器 PCB 長(zhǎng)期處于 120-150℃高溫,BMS PCB 可能接觸到電解液泄漏,OBC PCB 會(huì)遭遇冷卻液滲透,這些都會(huì)加速絕緣層老化。因此,高壓 PCB 絕緣層還需滿足 耐溫 + 耐化學(xué)的雙重要求。耐溫方面,絕緣層的玻璃化溫度需≥180℃,長(zhǎng)期耐溫≥150℃,比普通 PCB 的 130℃ Tg、100℃長(zhǎng)期耐溫提升明顯。改性 PI 絕緣層是高級(jí)選擇,其 Tg 可達(dá) 250℃,180℃高溫下介損只 0.008,比 M6 級(jí)材料低 30%,適合 800V 電機(jī)控制器這類高溫場(chǎng)景。耐化學(xué)方面,絕緣層需能抵御電解液、冷卻液的腐蝕。
目前,高壓 PCB 絕緣層的高級(jí)材料仍以日韓廠商為主,M6 級(jí)基材的價(jià)格比普通 FR-4 高 50%-80%,但國(guó)產(chǎn)廠商已開始突破,生益科技、聯(lián)茂電子的 M6 級(jí)基材已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),價(jià)格比進(jìn)口低 20%,且絕緣性能達(dá)到同等水平;改性 PI 絕緣層方面,國(guó)風(fēng)塑業(yè)的產(chǎn)品也通過了多家車企的驗(yàn)證。未來隨著 1000V + 超高壓平臺(tái)的研發(fā),絕緣層還會(huì)向更薄、更強(qiáng)升級(jí),比如納米復(fù)合絕緣材料,可能將絕緣強(qiáng)度提升至 40kV/mm 以上。對(duì) PCB 行業(yè)人員來說,掌握高壓絕緣層的材料選型、工藝控制,將成為搶占電動(dòng)車高壓市場(chǎng)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。