Công nghệ phun lạnh trong sản xuất tản nhiệt
Các thiết bị điện tử tạo ra nhiệt trong quá trình hoạt động, dẫn đến giảm hiệu suất và độ tin cậy. Các thành phần IC có mức tiêu thụ nhiệt năng cao hơn thường dựa vào tản nhiệt để dẫn nhiệt và tránh nhiệt độ tiếp giáp vượt quá giới hạn tối đa cho phép. Lắp đặt bộ tản nhiệt trên chip bán dẫn gốc silicon và cuối cùng là tản nhiệt của chip qua không khí hoặc chất lỏng là phương pháp làm mát phổ biến cho các thiết bị điện tử. Những bộ tản nhiệt này thường được xử lý riêng biệt bằng vật liệu đồng hoặc nhôm, hoặc kết hợp vật liệu đồng và nhôm.
Đồng có độ dẫn nhiệt cao hơn nhôm và khả năng tản nhiệt trên một đơn vị thể tích của nó vượt trội hơn nhôm. Loại trừ ảnh hưởng của trọng lượng và giá thành, đồng là vật liệu được ưa chuộng để làm tản nhiệt. Vật liệu nhôm có độ dẫn nhiệt thấp nên bộ tản nhiệt bằng nhôm không thể tản nhiệt đủ nhanh, đòi hỏi diện tích bề mặt lớn hơn và cánh tản nhiệt cao hơn. Trong nhiều ứng dụng nhỏ gọn, đặc biệt là trong các hệ thống theo đuổi mật độ công suất cao, bộ tản nhiệt bằng nhôm không phải là lựa chọn tốt nhất.
Tản nhiệt bao gồm một đế tiếp xúc với chip nguồn nhiệt, cũng như các vây được kết nối phía trên đế thông qua các phương pháp sản xuất như dập, hàn, ép đùn, cắt răng và sứt mẻ. Đế tiếp xúc với chip, hấp thụ nhiệt từ chip và dẫn đến các vây. Các cánh tản nhiệt cố gắng tăng diện tích bề mặt lên nhiều nhất có thể, tăng tốc hiệu suất trao đổi nhiệt không khí và cuối cùng lấy đi nhiệt từ chip. Các thiết bị điện tử công suất cao thường sinh nhiệt nhanh trên chip. Nếu tản nhiệt là đế nhôm, tốc độ truyền nhiệt của đế có thể không đủ để khuếch tán nhiệt nhanh chóng ra bề mặt các cánh tản nhiệt, dẫn đến khả năng chịu nhiệt tăng lên và hiệu suất làm mát của tản nhiệt không đủ.
Toàn bộ hoặc một phần diện tích của đế tản nhiệt bằng nhôm có thể được thay thế bằng vật liệu đồng có khả năng dẫn nhiệt tốt hơn để giải quyết vấn đề tốc độ khuếch tán nhiệt không đủ. Đế tản nhiệt composite này sử dụng đồng để dẫn nhiệt chip nhanh chóng, trong khi các vây vẫn được làm bằng nhôm, có thể đạt được cả khả năng khuếch tán nhiệt nhanh chóng và tiết kiệm chi phí.
Công nghệ phun lạnh là một quy trình sản xuất bồi đắp và phủ bề mặt có tính cải tiến cao, có thể được sử dụng để kết nối đồng và nhôm, đồng thời khắc phục các vấn đề liên quan đến hàn liên kết và hàn đồng. Quá trình phun lạnh có thể lắng đọng các hạt bột ở trạng thái rắn trên bề mặt chất nền ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với điểm nóng chảy của vật liệu, do đó tránh được các vấn đề thường gặp do nhiệt độ cao gây ra, chẳng hạn như oxy hóa ở nhiệt độ cao, ứng suất nhiệt và vi mô. chuyển pha. Phun lạnh là công nghệ xử lý bột, trong đó các hạt bột có kích thước micron được tăng tốc bằng khí nén siêu âm trong vòi phun, khiến các hạt bột tốc độ cao va chạm với bề mặt, gây biến dạng dẻo và liên kết với bề mặt. Quá trình CS có thời gian sản xuất ngắn hơn và cho phép lựa chọn linh hoạt việc thi công lắng đọng quy mô lớn hoặc cục bộ.
Như đã biết, hiệu suất tản nhiệt thường được định lượng dựa trên các giá trị điện trở nhiệt. Điện trở nhiệt là thước đo nhiệt độ ở phía trên của bộ tản nhiệt cao hơn nhiệt độ môi trường xung quanh đối với mỗi đơn vị công suất mà bộ tản nhiệt tiêu tán. Giá trị điện trở nhiệt càng thấp thì nhiệt độ ở đầu các cánh tản nhiệt trong cùng một môi trường làm mát càng thấp và hiệu suất làm mát của bộ tản nhiệt càng tốt. Giá thành sản xuất bộ tản nhiệt composite phun lạnh cao hơn một chút so với bộ tản nhiệt bằng nhôm, nhưng trọng lượng và giá thành thấp hơn bộ tản nhiệt bằng đồng. Việc thêm một lớp đồng vào bộ tản nhiệt bằng nhôm có tác động trực tiếp đến chi phí sản xuất nhưng lợi ích là nó sẽ làm giảm 48% khả năng cản nhiệt của bộ tản nhiệt.
