فناوری اسپری سرد در تولید هیت سینک

دستگاه های الکترونیکی در حین کار گرما تولید می کنند که منجر به کاهش عملکرد و قابلیت اطمینان می شود. اجزای IC با مصرف انرژی حرارتی بالاتر معمولاً برای هدایت گرما و اجتناب از دمای اتصال بیش از حداکثر مجاز به سینک های حرارتی متکی هستند. نصب یک هیت سینک بر روی یک تراشه نیمه هادی مبتنی بر سیلیکون و در نهایت دفع گرمای تراشه از طریق هوا یا مایع یک روش خنک کننده معمول برای دستگاه های الکترونیکی است. این رادیاتورها معمولاً به طور جداگانه با استفاده از مواد مس یا آلومینیوم یا ترکیبی از مواد مس و آلومینیوم پردازش می شوند.

مس رسانایی حرارتی بالاتری نسبت به آلومینیوم دارد و ظرفیت اتلاف حرارت آن در واحد حجم نسبت به آلومینیوم برتری دارد. بدون در نظر گرفتن تأثیر وزن و هزینه، مس ماده ترجیحی برای هیت سینک است. مواد آلومینیومی رسانایی حرارتی پایینی دارند، بنابراین رادیاتورهای آلومینیومی نمی توانند گرما را به سرعت دفع کنند و به سطح بزرگتر و پره های بالاتر نیاز دارند. در بسیاری از کاربردهای فشرده، به ویژه در سیستم هایی که به دنبال چگالی توان بالا هستند، رادیاتورهای آلومینیومی بهترین انتخاب نیستند.

هیت سینک شامل پایه ای است که با تراشه منبع گرما در تماس است و همچنین پره هایی که در بالای پایه از طریق روش های ساخت مانند مهر زنی، جوشکاری، اکستروژن، برش دندان و براده گیری متصل می شوند. پایه با تراشه تماس می گیرد، گرما را از تراشه جذب می کند و آن را به باله ها هدایت می کند. باله ها سعی می کنند تا حد ممکن سطح را افزایش دهند، راندمان تبادل حرارت هوا را تسریع کنند و در نهایت گرما را از تراشه بگیرند. دستگاه های الکترونیکی با قدرت بالا اغلب گرما را به سرعت روی تراشه ها تولید می کنند. اگر هیت سینک یک پایه آلومینیومی باشد، سرعت انتقال حرارت پایه ممکن است برای انتشار سریع گرما به سطح پره ها کافی نباشد و در نتیجه مقاومت حرارتی افزایش یافته و عملکرد خنک کننده ناکافی هیت سینک باشد.
کل یا قسمتی از پایه رادیاتور آلومینیومی را می توان با مواد مسی با هدایت حرارتی بهتر جایگزین کرد تا مشکل سرعت ناکافی انتشار گرما حل شود. این پایه هیت سینک کامپوزیت از مس برای انتقال سریع گرمای تراشه استفاده می‌کند، در حالی که پره‌ها هنوز از آلومینیوم ساخته شده‌اند که می‌تواند به انتشار حرارتی سریع و مقرون‌به‌صرفه دست یابد.

فناوری Cold Spray یک پوشش سطحی و فرآیند ساخت افزودنی بسیار نوآورانه است که می تواند برای اتصال مس و آلومینیوم و غلبه بر مشکلات مربوط به اتصال جوش و لحیم کاری استفاده شود. فرآیند پاشش سرد می تواند ذرات پودر را در حالت جامد بر روی سطح زیرلایه در دمای بسیار پایین تر از نقطه ذوب ماده رسوب دهد، بنابراین از مشکلات رایج ناشی از دمای بالا، مانند اکسیداسیون در دمای بالا، استرس حرارتی و میکرو جلوگیری می کند. تبدیل فاز اسپری سرد یک فناوری پردازش مبتنی بر پودر است که در آن ذرات پودر با اندازه میکرون توسط گاز فشرده مافوق صوت در نازل تسریع می‌یابند و باعث برخورد ذرات پودر با سرعت بالا با زیرلایه می‌شود و باعث تغییر شکل پلاستیک و پیوند با بستر می‌شود. فرآیند CS زمان تولید کوتاه‌تری دارد و امکان انتخاب انعطاف‌پذیر ساختار رسوب‌گذاری در مقیاس بزرگ یا محلی را فراهم می‌کند.

همانطور که مشخص است، عملکرد سینک حرارتی معمولاً بر اساس مقادیر مقاومت حرارتی تعیین می شود. مقاومت حرارتی اندازه گیری دمای بالای رادیاتور بالاتر از دمای محیط برای هر واحد توان تلف شده توسط رادیاتور است. هرچه مقدار مقاومت حرارتی کمتر باشد، دمای بالای پره ها در همان محیط خنک کننده کمتر می شود و عملکرد خنک کننده رادیاتور بهتر است. هزینه تولید رادیاتورهای کامپوزیتی تولید اسپری سرد کمی بیشتر از رادیاتورهای آلومینیومی است، اما وزن و هزینه کمتر از رادیاتورهای مسی است. افزودن یک لایه مس به رادیاتور آلومینیومی تاثیر مستقیمی بر هزینه های تولید دارد، اما مزیت آن این است که مقاومت حرارتی رادیاتور را تا 48 درصد کاهش می دهد.