Produzione di radiatori compositi a bassa resistenza termica/basso costo tramite processo di spruzzatura a freddo

Le apparecchiature elettroniche generano calore durante il funzionamento, il che porta a una diminuzione delle prestazioni e dell'affidabilità. I componenti IC con un elevato consumo di energia termica di solito utilizzano un dissipatore di calore per condurre il calore per evitare che la temperatura di giunzione superi il limite massimo consentito.

L'installazione di un dissipatore di calore su un chip semiconduttore a base di silicio e infine la dissipazione del calore del chip attraverso aria o liquido è un metodo di raffreddamento comune per i dispositivi elettronici. Questi radiatori sono generalmente realizzati in rame o alluminio da soli, o una combinazione di rame e alluminio.

I radiatori in rame sono costosi, ma i radiatori in alluminio hanno una conduttività termica insufficiente

La conduttività termica del rame è maggiore di quella dell'alluminio e la capacità di dissipazione del calore per unità di volume è migliore di quella dell'alluminio. Escludendo l'influenza del peso e del costo, il rame è il materiale preferito per i dissipatori di calore. L'alluminio ha una bassa conduttività termica, quindi i radiatori in alluminio non possono dissipare il calore abbastanza velocemente e richiedono una superficie più ampia e alette più alte. In molte applicazioni compatte, specialmente nella ricerca di sistemi ad alta densità di potenza, i radiatori in alluminio non sono la scelta migliore.

Perché abbiamo bisogno di un radiatore composito in rame-alluminio?

Il radiatore include una base che entra in contatto con il chip della fonte di calore e alette collegate sopra la base mediante metodi di produzione come saldatura per stampaggio, estrusione, taglio di ingranaggi e spalatura. La base entra in contatto con il chip, assorbe il calore del chip e lo conduce alle alette. Le alette cercano di aumentare la superficie, velocizzare l'efficienza dello scambio termico con l'aria e infine asportare il calore del truciolo.

Le apparecchiature elettroniche ad alta potenza spesso riscaldano il chip molto rapidamente. Se il dissipatore è una base in alluminio, la velocità di trasferimento del calore della base potrebbe non essere sufficiente per diffondere rapidamente il calore sulla superficie dell'aletta, con conseguente aumento della resistenza termica del dissipatore e raffreddamento Prestazioni insufficienti.

L'intera o parziale superficie della base del radiatore in alluminio può essere sostituita con un materiale in rame con migliore conducibilità termica per risolvere il problema della velocità di diffusione del calore insufficiente. Una tale base composita del dissipatore di calore utilizza il rame per condurre rapidamente il calore dal chip e le alette sono ancora in alluminio, il che può ottenere sia una rapida diffusione del calore che un'economicità.

Svantaggi della tecnologia tradizionale per la produzione di radiatori compositi

Aggiungendo rame alla base del radiatore in alluminio per migliorare la conduzione del calore, i metodi usuali sono rame embedded e rame saldato, ma inevitabilmente introducono alcuni nuovi difetti:

Incorporamento in rame: rimuovere prima il materiale di alluminio nella posizione di inclusione in rame sulla base tagliando i trucioli, quindi applicare il materiale di interfaccia termica sul fondo dell'area di inclusione in rame, quindi il blocco di rame è incorporato nella matrice di alluminio della base sotto un aderente e infine le schegge vengono nuovamente lucidate. Si ottiene una base incassata in rame dalla superficie liscia e piana. Ciò comporta due problemi. Il materiale dell'interfaccia termica dell'interfaccia rame-alluminio offre ulteriore resistenza termica, l'interfaccia a mosaico si trova in una mancata corrispondenza dell'espansione termica a lungo termine e provoca allentamenti, c'è il rischio di affondamento del rame incorporato e il rischio di un forte calo di le prestazioni del dissipatore di calore.

Saldatura del rame: l'alluminio viene solitamente utilizzato per l'incollaggio diretto del rame o per la brasatura e il materiale in rame è combinato sulla base. È molto difficile legare direttamente il rame con l'alluminio, il costo del processo è elevato e il vantaggio economico è basso; la brasatura deve introdurre materiali di saldatura e ci sono problemi come corrosione interfacciale, conduttività termica incoerente dell'interfaccia e dilatazione termica non corrispondente.