Hvordan anvendes Cold Spray Technology i heatsink-produktion
Elektroniske enheder genererer varme under drift, hvilket fører til et fald i ydeevne og pålidelighed. IC-komponenter med højere termisk strømforbrug er typisk afhængige af køleplader til at lede varme og undgå overgangstemperaturer, der overstiger den maksimalt tilladte grænse. Installation af en køleplade på en siliciumbaseret halvlederchip og i sidste ende spredning af chippens varme gennem luft eller væske er en almindelig kølemetode for elektroniske enheder. Disse radiatorer behandles normalt separat ved hjælp af kobber- eller aluminiumsmaterialer eller en kombination af kobber- og aluminiumsmaterialer.
Kobber har en højere varmeledningsevne end aluminium, og dets varmeafledningskapacitet pr. volumenhed er overlegen i forhold til aluminium. Bortset fra indflydelsen af vægt og omkostninger, er kobber det foretrukne materiale til køleplader. Aluminiumsmaterialer har lav varmeledningsevne, så aluminiumsradiatorer kan ikke sprede varmen hurtigt nok, hvilket kræver større overfladeareal og højere finner. I mange kompakte applikationer, især i systemer, der forfølger høj effekttæthed, er aluminiumsradiatorer ikke det bedste valg.
Kølepladen inkluderer en base, der kommer i kontakt med varmekildechippen, samt finner forbundet over basen gennem fremstillingsmetoder såsom stempling, svejsning, ekstrudering, tandskæring og spåntagning. Basen kommer i kontakt med chippen, absorberer varmen fra chippen og leder den til finnerne. Finnerne forsøger at øge overfladearealet så meget som muligt, fremskynde luftvarmeudvekslingseffektiviteten og i sidste ende fjerne varmen fra chippen. Elektroniske enheder med høj effekt genererer ofte varme hurtigt på chips. Hvis kølepladen er en aluminiumsbase, er varmeoverførselshastigheden af basen muligvis ikke tilstrækkelig til hurtigt at sprede varme til overfladen af finnerne, hvilket resulterer i øget varmemodstand og utilstrækkelig køleydelse af kølepladen.
Hele eller delvise areal af aluminiums radiatorbasen kan erstattes med kobbermateriale med bedre termisk ledningsevne for at løse problemet med utilstrækkelig varmediffusionshastighed. Denne komposit køleplade base bruger kobber til hurtigt at lede spånvarme, mens finnerne stadig er lavet af aluminium, hvilket kan opnå både hurtig termisk diffusion og omkostningseffektivitet.
Cold Spray-teknologi er en yderst innovativ overfladebelægning og additiv fremstillingsproces, der kan bruges til at forbinde kobber og aluminium og overvinde problemer relateret til limningssvejsning og lodning. Den kolde sprøjteproces kan afsætte pulverpartikler i fast tilstand på overfladen af substratet ved temperaturer langt under materialets smeltepunkt, og dermed undgå almindelige problemer forårsaget af høj temperatur, såsom højtemperaturoxidation, termisk stress og mikro fase transformation. Koldsprøjtning er en pulverbaseret behandlingsteknologi, hvor pulverpartikler i mikronstørrelse accelereres af supersonisk komprimeret gas i dysen, hvilket får højhastighedspulverpartikler til at kollidere med substratet, hvilket forårsager plastisk deformation og binding til substratet. CS-processen har en kortere produktionstid og giver mulighed for fleksibelt valg af storskala eller lokaliseret deponeringskonstruktion.
Som det er velkendt, kvantificeres kølepladens ydeevne normalt baseret på termiske modstandsværdier. Termisk modstand er et mål for temperaturen i toppen af radiatoren over den omgivende temperatur for hver effektenhed, som radiatoren spreder. Jo lavere den termiske modstandsværdi er, jo lavere er temperaturen i toppen af finnerne i samme kølemiljø, og jo bedre køleydelse har radiatoren. Produktionsomkostningerne for koldspray-fremstilling af kompositradiatorer er lidt højere end for aluminiumradiatorer, men vægten og omkostningerne er lavere end kobberradiatorer. Tilføjelse af et lag kobber til en aluminiumradiator har en direkte indflydelse på produktionsomkostningerne, men fordelen er, at det vil reducere radiatorens termiske modstand med 48%.
