Herstellung von Heizkörpern aus Verbundwerkstoff mit niedrigem Wärmewiderstand/niedrigen Kosten durch Kaltspritzverfahren
Elektronische Geräte erzeugen während des Betriebs Wärme, was zu einer Verringerung der Leistung und Zuverlässigkeit führt. IC-Komponenten mit großem Wärmestromverbrauch verwenden normalerweise einen Kühlkörper, um Wärme zu leiten, um zu verhindern, dass die Sperrschichttemperatur den maximal zulässigen Grenzwert überschreitet.
Die Installation eines Kühlkörpers auf einem Halbleiterchip auf Siliziumbasis und die abschließende Ableitung der Wärme des Chips über Luft oder Flüssigkeit ist eine gängige Kühlmethode für elektronische Geräte. Diese Strahler bestehen normalerweise aus Kupfer oder Aluminium allein oder einer Kombination aus Kupfer und Aluminium.
Kupferheizkörper sind teuer, aber Aluminiumheizkörper haben eine unzureichende Wärmeleitfähigkeit
Die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer ist höher als die von Aluminium und die Wärmeableitungskapazität pro Volumeneinheit ist besser als die von Aluminium. Abgesehen vom Einfluss von Gewicht und Kosten ist Kupfer das bevorzugte Material für Kühlkörper. Aluminium hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit, daher können Aluminiumheizkörper die Wärme nicht schnell genug ableiten und benötigen eine größere Oberfläche und höhere Rippen. In vielen kompakten Anwendungen, insbesondere beim Streben nach Systemen mit hoher Leistungsdichte, sind Aluminiumradiatoren nicht die beste Wahl.
Warum brauchen wir einen Kupfer-Aluminium-Verbundheizkörper?
Der Kühler umfasst eine Basis, die den Wärmequellenchip kontaktiert, und Rippen, die über der Basis durch Herstellungsverfahren wie Stanzen, Schweißen, Extrudieren, Verzahnen und Schaufeln verbunden sind. Die Basis kontaktiert den Chip, nimmt die Wärme des Chips auf und leitet sie an die Finnen weiter. Die Rippen versuchen, die Oberfläche zu vergrößern, die Effizienz des Luftwärmeaustauschs zu beschleunigen und schließlich die Wärme des Chips abzuführen.
Elektronische Hochleistungsgeräte heizen den Chip oft sehr schnell auf. Wenn der Kühlkörper eine Aluminiumbasis ist, reicht die Wärmeübertragungsgeschwindigkeit der Basis möglicherweise nicht aus, um die Wärme schnell an die Oberfläche der Rippe zu verteilen, was zu einer Erhöhung des Wärmewiderstands des Kühlkörpers und zu einer unzureichenden Kühlleistung führt.
Der Aluminiumheizkörpersockel kann ganz oder teilweise durch ein Kupfermaterial mit besserer Wärmeleitfähigkeit ersetzt werden, um das Problem der ungenügenden Wärmediffusionsgeschwindigkeit zu lösen. Eine solche zusammengesetzte Kühlkörperbasis verwendet Kupfer, um die Wärme vom Chip schnell abzuleiten, und die Rippen bestehen immer noch aus Aluminium, wodurch sowohl eine schnelle Wärmediffusion als auch eine Kosteneffizienz erreicht werden können.
Nachteile der traditionellen Technologie zur Herstellung von Verbundheizkörpern
Beim Hinzufügen von Kupfer zum Aluminium-Kühlersockel zur Verbesserung der Wärmeleitung sind die üblichen Methoden Kupfer eingebettetes und gelötetes Kupfer, aber sie führen unweigerlich zu einigen neuen Mängeln:
Kupfereinbettung: Zuerst das Aluminiummaterial an der Kupfereinbettungsposition auf der Basis durch Schneiden von Spänen entfernen und dann Wärmeleitmaterial auf die Unterseite des Kupfereinbettungsbereichs auftragen, dann wird der Kupferblock in die Aluminiummatrix der Basis unter a eingebettet fester Sitz, und zum Schluss werden die Späne wieder poliert. Man erhält eine kupfereingebettete Basis mit einer glatten und ebenen Oberfläche. Dies bringt zwei Probleme mit sich. Das Wärmeleitmaterial der Kupfer-Aluminium-Grenzfläche bringt zusätzlichen Wärmewiderstand, die Mosaik-Grenzfläche befindet sich in einer langfristigen Fehlanpassung der Wärmeausdehnung und verursacht Lockerung, es besteht die Gefahr des Einsinkens des eingebetteten Kupfers und die Gefahr eines starken Abfalls in die Leistung des Kühlkörpers.
Schweißkupfer: Aluminium wird üblicherweise zum direkten Verbinden von Kupfer oder zum Löten verwendet, und das Kupfermaterial wird auf der Basis kombiniert. Es ist sehr schwierig, Kupfer direkt mit Aluminium zu verbinden, die Prozesskosten sind hoch und der wirtschaftliche Nutzen gering; durch Hartlöten müssen Schweißmaterialien eingeführt werden, und es treten Probleme wie Grenzflächenkorrosion, inkonsistente Wärmeleitfähigkeit der Grenzfläche und nicht übereinstimmende Wärmeausdehnung auf.
