Hur appliceras Cold Spray Technology i kylflänsproduktion
Elektroniska enheter genererar värme under drift, vilket leder till en minskning av prestanda och tillförlitlighet. IC-komponenter med högre termisk energiförbrukning förlitar sig vanligtvis på kylflänsar för att leda värme och undvika korsningstemperaturer som överstiger den maximalt tillåtna gränsen. Att installera en kylfläns på ett kiselbaserat halvledarchip och slutligen avleda chipets värme genom luft eller vätska är en vanlig kylmetod för elektroniska enheter. Dessa radiatorer bearbetas vanligtvis separat med koppar- eller aluminiummaterial, eller en kombination av koppar- och aluminiummaterial.
Koppar har en högre värmeledningsförmåga än aluminium, och dess värmeavledningskapacitet per volymenhet är överlägsen aluminium. Exklusive inverkan av vikt och kostnad är koppar det föredragna materialet för kylflänsar. Aluminiummaterial har låg värmeledningsförmåga, så aluminiumradiatorer kan inte avleda värme tillräckligt snabbt, vilket kräver större yta och högre fenor. I många kompakta applikationer, särskilt i system som eftersträvar hög effekttäthet, är aluminiumradiatorer inte det bästa valet.
Kylflänsen inkluderar en bas som kommer i kontakt med värmekällans spån, samt fenor som är anslutna ovanför basen genom tillverkningsmetoder som stansning, svetsning, extrudering, tandskärning och flisning. Basen kommer i kontakt med chipet, absorberar värmen från chipet och leder det till fenorna. Fenorna försöker öka ytan så mycket som möjligt, påskynda luftens värmeväxlingseffektivitet och slutligen ta bort värmen från chipet. Elektroniska enheter med hög effekt genererar ofta värme snabbt på chips. Om kylflänsen är en bas av aluminium kan det hända att basens värmeöverföringshastighet inte är tillräcklig för att snabbt sprida värme till flänsarnas yta, vilket resulterar i ökad värmebeständighet och otillräcklig kylprestanda hos kylflänsen.
Hela eller en del av aluminiumradiatorbasen kan ersättas med kopparmaterial med bättre värmeledningsförmåga för att lösa problemet med otillräcklig värmediffusionshastighet. Denna sammansatta kylflänsbas använder koppar för att snabbt leda spånvärme, medan fenorna fortfarande är gjorda av aluminium, vilket kan uppnå både snabb termisk diffusion och kostnadseffektivitet.
Cold Spray-teknologi är en mycket innovativ ytbeläggning och additiv tillverkningsprocess som kan användas för att koppla samman koppar och aluminium och övervinna problem relaterade till bindningssvetsning och lödning. Kallsprutningsprocessen kan avsätta pulverpartiklar i fast tillstånd på ytan av substratet vid temperaturer långt under materialets smältpunkt och på så sätt undvika vanliga problem orsakade av hög temperatur, såsom högtemperaturoxidation, termisk stress och mikro fasomvandling. Kallsprutning är en pulverbaserad bearbetningsteknik där pulverpartiklar av mikronstorlek accelereras av supersonisk komprimerad gas i munstycket, vilket gör att pulverpartiklar med hög hastighet kolliderar med substratet, vilket orsakar plastisk deformation och bindning med substratet. CS-processen har en kortare produktionstid och möjliggör flexibelt val av storskalig eller lokaliserad deponeringskonstruktion.
Som bekant kvantifieras vanligtvis kylflänsprestanda baserat på värden för termisk resistans. Termiskt motstånd är ett mått på temperaturen överst på radiatorn över den omgivande temperaturen för varje effektenhet som förbrukas av radiatorn. Ju lägre termiskt motståndsvärde, desto lägre temperatur på toppen av lamellerna i samma kylmiljö, och desto bättre kylprestanda har kylaren. Produktionskostnaden för kallspraytillverkning av kompositradiatorer är något högre än för aluminiumradiatorer, men vikten och kostnaden är lägre än kopparradiatorer. Att lägga till ett lager av koppar till en aluminiumradiator har en direkt inverkan på produktionskostnaderna, men fördelen är att det kommer att minska radiatorns termiska motstånd med 48%.
