汽车电子中运用的敷形涂料

弁言：前几年，汽车新四化这个提法深入民气，智能化(ADAS Autonomous)、网联化(Connected)、电动化(Electrification)、共享化(Shared services)为代表的“新四化”时期，从目前来重视要的分支便是一方面电动化，一方面在全体电子电气架构演化中逐渐环绕软件开拓为主。
环绕着域掌握器乃至是车载电脑的开拓，汽车里面开始引入高算力、高频的运用，随之而来的问题是，如何在这种环境下对汽车电子的高算力部件进行有效的防护。

01 汽车电子的防护

目前大部分车企，都是操持从原有的分布式兼容的EE架构，往跨领域的集中式EE架构，蜕变成由全车功能分配出发，基于车载打算平台（边缘打算和云打算结合）的车辆一体化的EE架构。
以大众为例，操持从传统的一辆MQB的车辆架构有近70个ECU，数量减少到3-5个核心的高性能车载打算平台（HPC）。
通过对这几个核心的HPC掌控，大众会把自己车辆的软件功能从传统的外包模式转向内部开拓，把原有的依赖于200个供应商不断把软件转化成环绕自己VW.OS的操作系统，把所有的汽车平台的差异迈向由软件定义。

图1 各个不同类型的车企对付EE架构的蜕变

从这些核心的掌握器来说，它变得有以下的特点： 采取高性能车用多核微处理器芯片(MPU，可扩展至9核)，打算性能高至 10~28kDMIPS 由于掌握器的功能变得更繁芜，这类域掌握器的设计防护哀求都要达到防尘防水IP6K9，事情温度-40~85度，振动等级哀求在2.8g。

由于这一轮汽车高算力芯片的导入属于韶光紧，哀求高，包含了各种关键的内容，对付后续核心电子系统的失落效和防护提出了很大的寻衅。
汽车里面，从整车架构、子系统、部件等层次，做失落效模式影响剖析的时候，一级牵扯一级，每个结果都有失落效模式。
汽车中零部件在运用中的失落效机理紧张分两大类：

1）过应力（OverStress）单一的应力导致部件过线 这里还是分两种，一种是非材料损伤的问题，如电气、机器和热。
范例的例子为供电不敷或者是达不到启动条件。
第二种是材料损伤，有以下的种类断裂、波折、波折和硬度、过压、 静电、 电离击穿、热击穿 ，这些瞬间的应力，就直接对部件产生了破坏。
这里最主要的一个观点是，所有的电阻和电容，实在都是由材料工艺做成的，比如板级的波折应力，浸染在元器件上，焊点和内部的布局，就会产生一定的损伤。

2）累积损伤（Cumulative Damage）：持续的利用达到了部件的耐久限定，导致失落效。
这里才是长期可靠性的设计问题所在，器件本身是暴露环境中的，持续长久的利用导致了元件材料的退化和损伤，积累到一定程度就涌现失落效。
包含磨损、堕落、疲倦 、金属迁移、蠕变 、老化、互扩散、解聚和脆化。

图2 汽车零部件的失落效机理

在考虑核心域掌握器的环境适应性的目标的时候，每每目前会给这些核心部件最好的舱内的位置，这样可以给予相对最宽松的事情温度情形、事宜机器振动频率和振动强度、环境景象、耐堕落性、EMC性能及外壳防护哀求等。
但是基本环境哀求是跑不掉的，在传统的汽车电子设计中每每采取三防漆可以用于环境防护。
在浩瀚风雅和哀求苛刻的电子产品运用中，特殊对汽车上敏感电路和元器件的长期、可靠的保护变得越来越主要。
为此，从用度和性能的角度，可以分为不密封的ECU、密封的ECU，再通过涂有三防漆乃至是把核心部件整体封起来以达到更高的环境适应性。

汽车实在事情的范围很广，湿润对付汽车电子的失落效浸染特殊明显，比如导体间的绝缘抵抗性、加速高速分解、降落Q值、及堕落导体。
对应于PCB上的的征象，范例的紧张包括铜绿金属部分起了铜绿便是没有涂覆三防漆金属铜与水蒸气、氧气共同其化学反应引起的；还有离子迁移和枝晶增长，枝晶成长是电解过程，个中来自阳极区域的金属迁移到阴极区域。
这种征象随着电路板表面上存在水分和离子污染而加速，两个电压迹线具有不同的电压电位。

图3 电子保护的分层

如下图所示，自动驾驶的掌握器上的器件设计越来越精密、体积越来越小、集成度越来越高，热胀冷缩对器件的影响力是很大的，对应力越来越敏感。

图4 Tesla Autopilot上各种小封装的电容支撑主板高频运行

电子元器件的设计趋势越来越风雅，规格也越做越小，因此对付三防漆的运用也从以往的偏硬逐渐的转向软性三防漆（敷形涂料） 这里大略回顾以下，三防漆是一种分外配方的涂料，用于保护电路板免受坏境的侵蚀。
三防漆是运用于印刷电路或者是其它电子基材的薄层材料（一样平常厚度为几十到上百微米），供应环境的和机器的保护浸染，从而显著地延长元器件和电路的利用寿命。
其固化后在电路器件上形成一层保护透明保护膜，抵御外部化学物质（燃料、冷却剂等）、震撼、湿气、盐雾、湿润的侵害。

敷形涂料可以保护电子印制电路板免受湿润和污染物的危害，避免短路和其对导体和焊点的堕落。
它还能使导体间的金属树枝状成长和电迁移最小化。
运用敷形涂料还可以保护电路和元器件免受磨损和溶剂的影响。
在对电路板的绝缘性起到保护浸染的同时，还供应了应力肃清浸染。

02 三防漆的材料

三防漆的化学身分常见的有三类：丙烯酸（AR），聚氨酯（UR）， 有机硅（SR）。
不同类型产品是有差异的

1. 丙烯酸（AR）：优点是固化后坚硬和强韧，易于干燥和固化（常日含溶剂），价格常日较低；缺陷是耐热温度低（常日85 -125C），溶剂VOC 含量高，热应力大，不适用于恶劣事情环境。

2. 聚氨酯（UR）：优点是耐磨， 耐溶剂，低温下柔韧，中等价格；缺陷：耐温一样平常（常日最高115-125 C），湿气敏感，毒性，难于返修。

3. 有机硅（SR）：优点是高耐温（常日150-200 C），应力低，低温下柔韧，高介电强度，润湿性好；缺陷是高膨胀系数，高透气性，价格较高。
这里重点还是磋商下有机硅类三防漆的材料，综合来说，它突出的三大特质使得长远来看它更适宜于汽车电子的运用。

事情温度范围：有机硅适用温度范围更宽可靠性：有机硅三防漆的长期可靠性更好，应力低 易于利用和返修: 有机硅相对更友好

图5 核心温度范围的利用差异。

陶氏有机硅在有机硅材料领域居于天下领先地位，为环球25,000多家客户供应7,000余种有机硅产品以及干系做事。
Dow有机硅三防漆尤其在汽车等极其恶劣的事情环境中，对付保护电路，保持元器件和线路的低应力环境非常有用。
在线路板三防行业，业界对DOWSIL™ 1-2577 LV都比较熟习，它是一种室温固化也可低温加热快速固化的弹塑性硅树脂，其化学性能精良，甚至风靡环球近30年。
此外，DOWSIL™ 3-1953 作为一款无溶剂型硅弹性体三防漆在汽车行业有近20多年的大量成熟运用而享誉业界。
还有UV湿气双固化的弹性体也已经面世了，DOWSIL™ CC-8030。
陶氏有机硅根据粘度，固化速率，硬度，固化条件还有浩瀚选择 从利用效果来看，我们也可以做一些比拟，如下图所示，80oC/95%相对湿度条件下老化和丈量，1-2577 有机硅与聚氨酯A/B 三防漆进行比拟，从绝缘阻抗来看有很大的上风。

图6 有机硅与聚氨酯材料对应绝缘阻抗随老化之后的比拟

有机硅憎水性意味着它们不随意马虎接管水分子，高气体渗透性使得湿气快速散逸，从而肃清潜在堕落源。
聚二甲基硅氧烷非常低的表面张力和精良的润湿特性，以及通过前辈的粘性增强剂得到的粘结特性，帮助实现无空隙粘结，从而进一步提高整体可靠性。
由于弹性材料能帮助减小振动影响并能接管可能毁坏敏感组件和底材的热膨胀差异，因而低模量对付使电子组件应力最小化也很主要。
比拟长期吸水率与介电失落效来说，有机硅类对付水分和湿润的抵抗浸染效用更为明显。

小结：三防漆对付可以有效保护汽车电子电路板免受坏境的侵蚀，对付延长汽车利用寿命至关主要。
随着汽车电子元器件的设计趋势越来越风雅，规格也越做越小，因此对付三防漆的运用也从以往的偏硬逐渐的转向软性三防漆（敷形涂料）。