Jak zastosowanie technologii Cold Spray w produkcji radiatorów
Urządzenia elektroniczne wytwarzają ciepło podczas pracy, co prowadzi do spadku wydajności i niezawodności. Komponenty układów scalonych o wyższym poborze mocy cieplnej zazwyczaj opierają się na radiatorach, które przewodzą ciepło i zapobiegają przekroczeniu przez temperaturę złączy maksymalnego dopuszczalnego limitu. Instalowanie radiatora na chipie półprzewodnikowym na bazie krzemu i ostatecznie rozpraszanie ciepła chipa przez powietrze lub ciecz to powszechna metoda chłodzenia urządzeń elektronicznych. Grzejniki te są zwykle przetwarzane oddzielnie przy użyciu materiałów miedzianych lub aluminiowych lub kombinacji materiałów miedzianych i aluminiowych.
Miedź ma wyższą przewodność cieplną niż aluminium, a jej zdolność rozpraszania ciepła na jednostkę objętości jest lepsza niż aluminium. Pomijając wpływ masy i kosztu, preferowanym materiałem na radiatory jest miedź. Materiały aluminiowe mają niską przewodność cieplną, więc grzejniki aluminiowe nie są w stanie wystarczająco szybko rozproszyć ciepła, co wymaga większej powierzchni i wyższych żeber. W wielu kompaktowych zastosowaniach, szczególnie w systemach wymagających dużej gęstości mocy, grzejniki aluminiowe nie są najlepszym wyborem.
Radiator składa się z podstawy stykającej się z chipem źródła ciepła, a także żeberek połączonych nad podstawą metodami produkcyjnymi, takimi jak tłoczenie, spawanie, wytłaczanie, wycinanie zębów i wykrawanie. Podstawa styka się z chipem, pochłania ciepło z chipa i odprowadza je do żeberek. Żebra starają się maksymalnie zwiększyć powierzchnię, przyspieszyć efektywność wymiany ciepła w powietrzu i ostatecznie odebrać ciepło z chipa. Urządzenia elektroniczne dużej mocy często szybko generują ciepło na chipach. Jeśli radiator ma podstawę aluminiową, prędkość przenoszenia ciepła przez podstawę może nie być wystarczająca do szybkiego rozproszenia ciepła na powierzchnię żeberek, co skutkuje zwiększoną odpornością cieplną i niewystarczającą wydajnością chłodzenia radiatora.
Całą lub częściową powierzchnię aluminiowej podstawy grzejnika można zastąpić materiałem miedzianym o lepszej przewodności cieplnej, aby rozwiązać problem niewystarczającej prędkości dyfuzji ciepła. Ta kompozytowa podstawa radiatora wykorzystuje miedź do szybkiego przewodzenia ciepła chipów, podczas gdy żeberka są nadal wykonane z aluminium, co pozwala zarówno na szybką dyfuzję ciepła, jak i opłacalność.
Technologia zimnego natrysku to wysoce innowacyjny proces powlekania powierzchni i wytwarzania przyrostowego, który można zastosować do łączenia miedzi i aluminium oraz przezwyciężania problemów związanych ze spawaniem i lutowaniem twardym. Proces natryskiwania na zimno może osadzać cząstki proszku w stanie stałym na powierzchni podłoża w temperaturach znacznie niższych od temperatury topnienia materiału, unikając w ten sposób typowych problemów spowodowanych wysoką temperaturą, takich jak utlenianie w wysokiej temperaturze, naprężenia termiczne i mikro transformacja fazowa. Natryskiwanie na zimno to technologia przetwarzania oparta na proszkach, w której cząstki proszku o wielkości mikronów są przyspieszane przez naddźwiękowy sprężony gaz w dyszy, powodując zderzanie się cząstek proszku z dużą prędkością z podłożem, powodując odkształcenie plastyczne i wiązanie z podłożem. Proces CS charakteryzuje się krótszym czasem produkcji i pozwala na elastyczny wybór konstrukcji osadzania na dużą skalę lub zlokalizowanego.
Jak dobrze wiadomo, wydajność radiatora jest zwykle określana ilościowo na podstawie wartości oporu cieplnego. Opór cieplny jest miarą temperatury na górze grzejnika powyżej temperatury otoczenia na każdą jednostkę mocy rozpraszanej przez grzejnik. Im niższa wartość oporu cieplnego, tym niższa temperatura na górze żeberek w tym samym środowisku chłodzenia i tym lepsza wydajność chłodzenia chłodnicy. Koszt produkcji grzejników kompozytowych wytwarzanych metodą natrysku na zimno jest nieco wyższy niż grzejników aluminiowych, ale waga i koszt są niższe niż w przypadku grzejników miedzianych. Dodanie warstwy miedzi do grzejnika aluminiowego ma bezpośredni wpływ na koszty produkcji, ale zaletą jest to, że zmniejsza opór cieplny grzejnika o 48%.
