Wytwarzanie grzejnika kompozytowego o niskiej rezystancji termicznej/taniej w procesie natryskiwania na zimno
Sprzęt elektroniczny generuje ciepło podczas pracy, co prowadzi do spadku wydajności i niezawodności. Komponenty IC o dużym zużyciu energii cieplnej zwykle wykorzystują radiator do przewodzenia ciepła, aby zapobiec przekroczeniu przez temperaturę złącza maksymalnego dopuszczalnego limitu.
Instalowanie radiatora na chipie półprzewodnikowym opartym na krzemie, a na koniec rozpraszanie ciepła chipa przez powietrze lub ciecz to powszechna metoda chłodzenia urządzeń elektronicznych. Te grzejniki są zwykle wykonane z samej miedzi lub aluminium, albo z połączenia miedzi i aluminium.
Grzejniki miedziane są drogie, ale grzejniki aluminiowe mają niewystarczającą przewodność cieplną
Przewodność cieplna miedzi jest większa niż aluminium, a zdolność rozpraszania ciepła na jednostkę objętości jest lepsza niż aluminium. Wyłączając wpływ wagi i kosztów, miedź jest preferowanym materiałem na radiatory. Aluminium ma niską przewodność cieplną, więc grzejniki aluminiowe nie mogą wystarczająco szybko rozpraszać ciepła i wymagają większej powierzchni i wyższych żeber. W wielu kompaktowych zastosowaniach, zwłaszcza w dążeniu do systemów o dużej gęstości mocy, grzejniki aluminiowe nie są najlepszym wyborem.
Dlaczego potrzebujemy grzejnika kompozytowego miedziano-aluminiowego?
Grzejnik zawiera podstawę, która styka się z chipem źródła ciepła, oraz żeberka połączone nad podstawą metodami produkcyjnymi, takimi jak spawanie metodą tłoczenia, wytłaczanie, cięcie kół zębatych i łopatą. Podstawa styka się z chipem, pochłania ciepło chipa i przewodzi je do żeber. Żebra starają się zwiększyć powierzchnię, przyspieszyć wydajność wymiany ciepła z powietrzem, a na koniec odebrać ciepło chipowi.
Sprzęt elektroniczny dużej mocy często bardzo szybko nagrzewa chip. Jeśli radiatorem jest aluminiowa podstawa, szybkość wymiany ciepła podstawy może nie wystarczyć, aby szybko rozprowadzić ciepło na powierzchnię żebra, co skutkuje wzrostem odporności termicznej radiatora i chłodzeniem Niewystarczająca wydajność.
Całą lub częściową powierzchnię aluminiowej podstawy radiatora można zastąpić materiałem miedzianym o lepszej przewodności cieplnej, aby rozwiązać problem niewystarczającej szybkości dyfuzji ciepła. Taka kompozytowa podstawa radiatora wykorzystuje miedź do szybkiego odprowadzania ciepła z chipa, a żeberka nadal są aluminiowe, co może zapewnić zarówno szybką dyfuzję ciepła, jak i opłacalność.
Wady tradycyjnej technologii wytwarzania grzejników kompozytowych
Dodanie miedzi do aluminiowej podstawy radiatora w celu poprawy przewodzenia ciepła, zwykłe metody to miedź osadzona i lutowana, ale nieuchronnie wprowadzają one nowe wady:
Osadzanie miedzi: najpierw usuń materiał aluminiowy w miejscu osadzania miedzi na podstawie przez wycięcie wiórów, a następnie nałóż materiał interfejsu termicznego na spód obszaru osadzania miedzi, a następnie blok miedzi jest osadzony w aluminiowej matrycy podstawy pod ciasne dopasowanie, a na koniec wióry są ponownie polerowane. Uzyskuje się zatopioną w miedzi podstawę o gładkiej i płaskiej powierzchni. To rodzi dwa problemy. Materiał interfejsu termicznego interfejsu miedziano-aluminiowego zapewnia dodatkową odporność termiczną, interfejs mozaikowy jest w długotrwałym niedopasowaniu rozszerzalności cieplnej i powoduje luzy, istnieje ryzyko zatopienia osadzonej miedzi i ryzyko gwałtownego spadku wydajność radiatora.
Spawanie miedzi: Aluminium jest zwykle używane do bezpośredniego łączenia miedzi lub lutowania twardego, a materiał miedziany jest łączony na podstawie. Bezpośrednie wiązanie miedzi z aluminium jest bardzo trudne, koszt procesu jest wysoki, a korzyści ekonomiczne są niskie; lutowanie musi wprowadzać materiały spawalnicze i występują problemy, takie jak korozja międzyfazowa, niespójna przewodność cieplna interfejsu i niedopasowana rozszerzalność cieplna.
