用於電動汽車馬達控制器電磁屏蔽的軟性SMD接點

導電泡棉如何保護汽車馬達控制器PCB板

在電動車 (EV) 動力系統中，從電磁相容性 (EMC) 的角度來看，馬達控制器是最具挑戰性的組件之一。

在緊湊的PCB組件內部，數百安培的電流、數百伏特的直流電壓以及IGBT或SiC MOSFET模組等高速開關元件同時運作。

這些功率元件的開關頻率通常在 10kHz 到 20kHz 之間。然而，它們極快的開關邊緣（通常在幾十納秒內）會產生高頻諧波，這些諧波可以延伸到幾十兆赫茲甚至幾百兆赫茲。

如果沒有有效的電磁幹擾 (EMI) 控制，這些高頻雜訊可能會影響車輛通訊系統、感測器和其他電子控制單元。

如果您對導電泡沫技術還不熟悉，可以先閱讀我們的指南：什麼是導電泡沫？用途、應用及電磁幹擾屏蔽優勢。

本文重點介紹汽車馬達控制器PCB，並解釋導電泡棉解決方案如何為電動車電動驅動系統建構可靠的EMI屏蔽系統。

1. 汽車馬達控制器PCB的EMI挑戰

在討論導電泡棉的應用之前，有必要了解為什麼馬達控制器PCB屏蔽很困難。

挑戰一：高電壓和大電流產生的強烈電磁輻射

馬達控制器內部的 IGBT 或 SiC MOSFET 模組以高速切換數百伏特和數百安培的電流。

每次切換操作都會產生：

• 高壓變化（dV/dt 高達 10kV/μs）
• 高電流變化率（dI/dt 高達數千安培/微秒）

這些快速變化會激發電磁輻射：

• PCB走線
• 直流母線結構
• 電源端子
• 半導體引腳

產生的雜訊很容易耦合到敏感電路中。

挑戰二：靈敏的控制電路需要穩定的訊號

馬達控制器PCB通常包含兩個主要區域：

控制電路通常只在 3.3V 或 5V 電壓下運作。

當功率部分的高頻雜訊耦合到控制部分時，可能會導致：

• 感測器讀數錯誤
• 溝通錯誤
• 馬達扭力不穩定
• 電源設備誤觸發

在嚴重情況下，錯誤的切換訊號可能會導致上下橋臂之間發生短路。

挑戰 3：汽車可靠性要求

與消費性電子產品不同，汽車電子產品是為以下用途而設計的：

• 使用壽命10-15年
• 工作溫度 -40°C 至 125°C
• 持續振動和機械衝擊

電磁幹擾屏蔽材料在經歷數千次熱循環和振動條件後，必須保持穩定的電接觸。

接觸電阻的增加會隨著時間的推移而降低屏蔽效能。

挑戰四：安裝空間有限

現代電動汽車馬達控制器不斷朝著更高的功率密度發展。

隨著PCB尺寸的減小，傳統的解決方案，例如：

• 大型屏蔽罩
• 金屬彈簧觸點
• 笨重的接地結構

佔用寶貴空間。

緊湊型接地解決方案，例如軟 SMD 觸點和SMD 軟泡棉接點設計，提供了更有效率的替代方案。

2. 導電泡棉在馬達控制器PCB中的四大主要應用

應用 1：控制板與金屬外殼之間的 PCB 接地

這是導電泡沫在電動汽車馬達控制器中最常見的應用之一。

工作原理

馬達控制器PCB通常安裝在鋁壓鑄外殼內。

金屬外殼提供：

• 機械防護
• 熱管理
• 電磁幹擾屏蔽

PCB 上的多個接地端必須以低阻抗連接到金屬外殼。

這樣一來，電源部分產生的共模雜訊電流就能迅速流入外殼並返回電源系統。

為什麼要使用軟性SMD接點？

傳統接地解決方案包括：

• 金屬彈簧觸點
• 導電橡膠柱

然而，這些方法有其限制：

軟性SMD觸點結合了：

• 彈性矽膠結構
• 導電塗層
• 自動化SMT組裝相容性

與傳統金屬彈簧不同，軟SMD泡棉觸點能夠吸收微小的機械振動，並保持穩定的接地性能。

有關SMT導電泡沫結構的詳細說明，請參閱：

什麼是SMT EMI屏蔽墊片？

應用 2：電源區與控制區之間的隔離屏蔽

工作原理

在馬達控制器PCB內部，電源部分和控制部分必須在物理上分離。

目的是防止開關雜訊耦合到敏感電路中。

傳統解決方案採用金屬屏蔽罩。

然而，金屬外殼也存在一些缺點：

• 附加焊接工藝
• 更高的組裝成本
• 屏蔽層與PCB板之間的縫隙可能導致洩漏。

導電泡沫溶液

可以在電源區域和控制區域之間安裝矩形FOF導電泡棉墊片。

壓縮後：

• 頂面與鋁製散熱器或外殼接觸
• 底面與PCB接觸。
• 形成三維電磁幹擾隔離屏障

這種結構可以阻斷兩個功能區域之間的電磁耦合。

為什麼不使用銅箔？

銅箔主要提供平面屏蔽。

然而，馬達控制器結構通常需要垂直隔離。

導電泡沫具有以下特性：

• 三維接觸
• 填補空缺的能力
• 裝配公差的彈性補償

有關詳細的材料對比信息，請參見：

導電泡棉、銅箔、鋁箔和導電織物：關鍵性能對比

應用3：直流母線電容器和功率模組的接地屏蔽

工作原理

在電動汽車馬達控制器內部，直流母線電容器和功率模組是高頻電磁噪音最強的來源之一。

大電流環路位於：

• 直流母線電容器
• IGBT/SiC MOSFET模組
• 銅母線
• 大電流PCB走線

產生強烈的近場電磁輻射。

如果高頻回流路徑控制不當，噪音會擴散到整個車輛系統。

導電泡沫溶液

導電泡沫可以安裝在以下位置：

• 電源模組外殼
• 直流母線電容器結構
• 散熱器
• 鋁製外殼

建立多個低阻抗接地點。

這種方法很有幫助：

• 降低高頻回流路徑阻抗
• 最小化電流迴路面積
• 輻射排放量降低
• 提升汽車電磁相容性性能

材料選擇要求

該區域通常在高熱應力下運作。

在連續運轉期間，功率模組附近的溫度可能會超過 100°C。

因此，汽車應用通常需要：

• 矽膠泡棉芯
• 鍍金導電聚醯亞胺薄膜
• 耐高溫結構

與標準導電泡沫相比，鍍金結構具有更好的抗氧化性和長期接觸可靠性。

有關塗層選擇的詳細信息，請參見：

鍍金、鍍鎳、鍍錫EMC泡沫：哪種塗層最好？

應用 4：連接器與外殼之間的 360° 屏蔽接地

工作原理

外部連接器是電動車馬達控制器中的關鍵電磁幹擾洩漏點。

典型介麵包括：

• 高壓直流輸入連接器
• 三相馬達輸出連接器
• 低電壓訊號連接器

當連接器穿過金屬外殼時，開口就像「縫隙天線」一樣，會讓內部電磁雜訊逸出。

導電泡沫溶液

在以下兩點之間安裝環形導電泡棉墊圈：

• 連接器法蘭
• 金屬外殼開口

擰緊後，泡沫被壓縮，形成連續的 360° 導電連接。

這提供了：

• 完全電磁密封
• 低阻抗接地
• 可靠的缺口補償

為什麼選擇導電泡棉而不是導電橡膠？

導電橡膠圈也常被使用，但導電泡棉有以下幾個優點：

對於緊湊型連接器屏蔽應用，導電泡棉墊片提供了一種輕巧靈活的解決方案。

3. 汽車級導電泡棉的特殊要求

汽車電子產品對可靠性的要求遠高於消費性電子產品。

以下要求對於電動汽車馬達控制器應用至關重要：

4. 馬達控制器導電泡棉選擇指南

5. 關於馬達控制器電磁幹擾屏蔽的常見問題

Q1：能否直接用螺絲將馬達控制器PCB接地，不用導電泡棉？

螺絲可以提供接地點，但不能保證整個PCB區域連續接地。

兩個螺絲之間可能會出現細小縫隙，原因如下：

• PCB翹曲
• 熱膨脹
• 機械振動

這些縫隙可能會形成不必要的縫隙天線。

導電泡沫可在多個位置提供分散式接地，從而在 PCB 和外殼之間保持連續的低阻抗連接。

Q2：軟SMD接點能否承受馬達控制器內部的溫度？

這取決於材料結構。

標準聚氨酯芯導電泡沫通常適用於中等溫度，但可能不符合汽車行業的要求。

對於電動汽車馬達控制器，矽芯軟SMD泡棉觸點之所以更受歡迎，是因為它們能夠承受：

• -40°C 低溫
• 根據材料結構，可在高達 280°C 的溫度下運作。

這使得它們適用於嚴苛的汽車環境。

Q3：汽車軟SMD接點和標準SMT泡棉接點有什麼不同？

汽車級解決方案需要在多個方面進行改進：

物質水平

汽車版本通常使用：

• 高級矽橡膠
• 更可靠的導電膜
• 改進的電鍍技術

製造水平

他們需要：

• IATF16949 品質管理
• 批次追溯性
• 嚴格的流程控制

可靠性測試

汽車產品必須通過更嚴格的檢測：

• 熱循環測試
• 振動試驗
• 老化測試
• 腐蝕試驗

Q4：如果馬達控制器電磁幹擾屏蔽失效會發生什麼？

電磁幹擾控制不佳可能導致：

• CAN/LIN 通訊錯誤
• 錯誤的解析器回饋訊號
• 馬達控制精度降低
• EMC認證測試失敗
• 電源設備誤觸發

在嚴重情況下，錯誤的開關操作可能會損壞IGBT或SiC MOSFET模組。

為什麼選擇康利達？

康利達精密電子有限公司該公司成立於 2006 年，專門從事 EMI 屏蔽材料和精密導電泡沫解決方案的開發和製造。

作為最早能夠大規模生產SMT導電泡棉產品的製造商之一，康利達已開發出以下領域的汽車級屏蔽解決方案：

• 電動汽車馬達控制器
• 電池管理系統（BMS）
• 汽車電子控制單元
• 工業電力電子

我們的汽車導電泡棉解決方案支援：

• 鍍金
• 鍍錫
• 鍍鎳
• 矽膠泡棉結構
• SMT自動化組裝

我們的矽芯材料可支援高達 280°C 的高溫應用。 SMD軟泡接觸器解決方案可協助汽車客戶實現穩定的PCB接地和長期的EMC可靠性。

從材料選擇和結構設計到原型驗證和批量生產，康利達為下一代電動動力總成系統提供完整的 EMI 屏蔽支援。