Fremstilling af lav termisk modstand/lavpris kompositradiator gennem koldsprayproces

Elektronisk udstyr genererer varme under drift, hvilket fører til et fald i ydeevne og pålidelighed. IC-komponenter med stort termisk strømforbrug bruger normalt en køleplade til at lede varme for at forhindre overgangstemperaturen i at overskride den maksimalt tilladte grænse.

Installation af en køleplade på en siliciumbaseret halvlederchip og endelig afledning af chippens varme gennem luft eller væske er en almindelig kølemetode for elektroniske enheder. Disse radiatorer er normalt lavet af kobber eller aluminium alene, eller en kombination af kobber og aluminium.

Kobberradiatorer er dyre, men aluminiumsradiatorer har utilstrækkelig varmeledningsevne

Den termiske ledningsevne af kobber er større end for aluminium, og varmeafledningskapaciteten pr. volumenhed er bedre end for aluminium. Bortset fra indflydelsen af ​​vægt og omkostninger, er kobber det foretrukne materiale til køleplader. Aluminium har lav varmeledningsevne, så aluminiumsradiatorer kan ikke sprede varmen hurtigt nok og kræver større overfladeareal og højere finner. I mange kompakte applikationer, især i jagten på systemer med høj effekttæthed, er aluminiumsradiatorer ikke det bedste valg.

Hvorfor har vi brug for en kobber-aluminium-kompositradiator?

Radiatoren inkluderer en base, der er i kontakt med varmekildechippen, og finner forbundet over basen ved fremstillingsmetoder som stemplingssvejsning, ekstrudering, gearskæring og skovlning. Basen kommer i kontakt med chippen, absorberer chippens varme og leder den til finnerne. Finnerne forsøger at øge overfladearealet, fremskynde luftvarmevekslingseffektiviteten og til sidst fjerne varmen fra chippen.

Højeffekt elektronisk udstyr opvarmer ofte chippen meget hurtigt. Hvis kølepladen er en aluminiumsbase, er basens varmeoverførselshastighed muligvis ikke tilstrækkelig til hurtigt at sprede varmen til overfladen af ​​finnen, hvilket resulterer i en stigning i kølepladens termiske modstand og afkøling Utilstrækkelig ydeevne.

Hele eller delvise areal af aluminiumsradiatorbasen kan erstattes med et kobbermateriale med bedre termisk ledningsevne for at løse problemet med utilstrækkelig varmediffusionshastighed. Sådan en komposit køleplade base bruger kobber til hurtigt at lede varme fra chippen, og finnerne er stadig af aluminium, hvilket kan opnå både hurtig varmespredning og omkostningseffektivitet.

Ulemper ved traditionel teknologi til fremstilling af kompositradiatorer

Tilføjelse af kobber til aluminiumsradiatorbasen for at forbedre varmeledning, de sædvanlige metoder er kobberindlejret og loddet kobber, men de introducerer uundgåeligt nogle nye defekter:

Kobberindstøbning: Fjern først aluminiumsmaterialet ved kobberindlejringspositionen på basen ved at skære spåner, og påfør derefter termisk grænseflademateriale på bunden af ​​kobberindstøbningsområdet, hvorefter kobberblokken indlejres i basens aluminiumsmatrix under en stram pasform, og til sidst pudses spånerne igen. Der opnås en kobberindstøbt base med en glat og flad overflade. Dette medfører to problemer. Det termiske grænseflademateriale af kobber-aluminium-grænsefladen giver yderligere termisk modstand, mosaikgrænsefladen er i en langsigtet termisk ekspansionsmismatch og forårsager løshed, der er risiko for synkning af det indstøbte kobber og risiko for et kraftigt fald i kølepladens ydeevne.

Svejsekobber: Aluminium bruges normalt til direkte limning af kobber eller lodning, og kobbermaterialet er kombineret på bunden. Det er meget vanskeligt at binde kobber direkte med aluminium, procesomkostningerne er høje, og den økonomiske fordel er lav; lodning skal introducere svejsematerialer, og der er problemer såsom grænsefladekorrosion, inkonsekvent termisk ledningsevne af grænsefladen og uoverensstemmende termisk ekspansion.