ساخت رادیاتور کامپوزیتی با مقاومت حرارتی کم/کم هزینه از طریق فرآیند اسپری سرد

تجهیزات الکترونیکی در حین کار گرما تولید می کنند که منجر به کاهش عملکرد و قابلیت اطمینان می شود. قطعات آی سی با مصرف انرژی حرارتی زیاد معمولاً از یک هیت سینک برای هدایت گرما استفاده می کنند تا از تجاوز دمای محل اتصال از حداکثر حد مجاز جلوگیری کنند.

نصب 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 از مس یا آلومینیوم به تنهایی و یا ترکیبی از مس و آلومینیوم ساخته می شوند.

رادیاتورهای مسی گران هستند، اما رادیاتورهای آلومینیومی هدایت حرارتی کافی ندارند

هدایت حرارتی مس بیشتر از آلومینیوم است و ظرفیت اتلاف حرارت در واحد حجم بهتر از آلومینیوم است. بدون در نظر گرفتن تأثیر وزن و هزینه، مس ماده ترجیحی برای هیت سینک است. آلومینیوم رسانایی حرارتی کمی دارد، بنابراین رادیاتورهای آلومینیومی نمی توانند گرما را به اندازه کافی سریع دفع کنند و به سطح بزرگتر و پره های بالاتر نیاز دارند. رادیاتورهای آلومینیومی در بسیاری از کاربردهای فشرده، به ویژه در تعقیب سیستم‌های با چگالی توان بالا، بهترین انتخاب نیستند.

چرا به رادیاتور کامپوزیت مس و آلومینیوم نیاز داریم؟

رادیاتور شامل پایه‌ای است که با تراشه منبع گرما تماس می‌گیرد، و پره‌هایی که در بالای پایه با روش‌هایی مانند جوشکاری مهر زنی، اکستروژن، برش دنده و بیل‌زنی متصل می‌شوند. پایه با تراشه تماس می گیرد، گرمای تراشه را جذب می کند و آن را به باله ها هدایت می کند. باله ها سعی می کنند سطح را افزایش دهند، راندمان تبادل حرارت هوا را تسریع کنند و در نهایت گرمای تراشه را از بین ببرند.

تجهیزات الکترونیکی پرقدرت اغلب تراشه را خیلی سریع گرم می کنند. اگر هیت سینک یک پایه آلومینیومی باشد، سرعت انتقال حرارت پایه ممکن است برای پخش سریع گرما به سطح پره کافی نباشد و در نتیجه مقاومت حرارتی هیت سینک افزایش یابد و عملکرد ناکافی خنک شود.

کل یا قسمتی از پایه رادیاتور آلومینیومی را می توان با یک ماده مسی با هدایت حرارتی بهتر جایگزین کرد تا مشکل سرعت ناکافی انتشار گرما حل شود. چنین پایه هیت سینک کامپوزیتی از مس برای انتقال سریع گرما از تراشه استفاده می کند و پره ها همچنان آلومینیومی هستند که می تواند به انتشار سریع گرما و مقرون به صرفه بودن برسد.

معایب تکنولوژی سنتی در ساخت رادیاتورهای کامپوزیتی

افزودن مس به پایه رادیاتور آلومینیومی برای بهبود رسانش گرما، روش‌های معمول مس تعبیه‌شده و لحیم کاری مس است، اما به ناچار برخی از عیوب جدید را ایجاد می‌کنند:

تعبیه مسی: ابتدا مواد آلومینیومی را در موقعیت تعبیه مس روی پایه با برش برش جدا کنید و سپس مواد رابط حرارتی را در قسمت پایین قسمت تعبیه مس اعمال کنید، سپس بلوک مسی در ماتریس آلومینیومی پایه زیر یک قرار می گیرد. چسباندن محکم، و در نهایت تراشه ها دوباره جلا می شوند. یک پایه تعبیه شده با مس با سطح صاف و صاف به دست می آید. این دو مشکل را به همراه دارد. ماده رابط حرارتی رابط مس-آلومینیوم مقاومت حرارتی بیشتری را به همراه دارد، رابط موزاییک در یک عدم تطابق انبساط حرارتی طولانی مدت است و باعث شل شدن می شود، خطر فرورفتن مس تعبیه شده وجود دارد و خطر افت شدید در عملکرد هیت سینک

مس جوش: معمولاً از آلومینیوم برای اتصال مستقیم مس یا لحیم کاری استفاده می شود و مواد مس روی پایه ترکیب می شوند. اتصال مستقیم مس با آلومینیوم بسیار دشوار است، هزینه فرآیند بالا و سود اقتصادی پایین است. لحیم کاری باید مواد جوشکاری را وارد کند و مشکلاتی مانند خوردگی سطحی، هدایت حرارتی ناسازگار سطح مشترک و انبساط حرارتی نامتناسب وجود دارد.