Tecnología Cold Spray en la fabricación de disipadores térmicos
Los dispositivos electrónicos generan calor durante el funcionamiento, lo que provoca una disminución del rendimiento y la fiabilidad. Los componentes de circuitos integrados con mayor consumo de energía térmica generalmente dependen de disipadores de calor para conducir el calor y evitar que las temperaturas de las uniones excedan el límite máximo permitido. Instalar un disipador de calor en un chip semiconductor a base de silicio y, en última instancia, disipar el calor del chip a través de aire o líquido es un método de enfriamiento común para dispositivos electrónicos. Estos radiadores suelen procesarse por separado utilizando materiales de cobre o aluminio, o una combinación de materiales de cobre y aluminio.
El cobre tiene una conductividad térmica más alta que el aluminio y su capacidad de disipación de calor por unidad de volumen es superior a la del aluminio. Excluyendo la influencia del peso y el coste, el cobre es el material preferido para los disipadores de calor. Los materiales de aluminio tienen una baja conductividad térmica, por lo que los radiadores de aluminio no pueden disipar el calor con la suficiente rapidez, por lo que requieren una superficie más grande y aletas más altas. En muchas aplicaciones compactas, especialmente en sistemas que buscan una alta densidad de potencia, los radiadores de aluminio no son la mejor opción.
El disipador de calor incluye una base que entra en contacto con el chip de la fuente de calor, así como aletas conectadas por encima de la base mediante métodos de fabricación como estampado, soldadura, extrusión, corte de dientes y chip. La base hace contacto con el chip, absorbe el calor del chip y lo conduce a las aletas. Las aletas intentan aumentar la superficie tanto como sea posible, acelerar la eficiencia del intercambio de calor del aire y, en última instancia, quitar el calor del chip. Los dispositivos electrónicos de alta potencia suelen generar calor rápidamente en los chips. Si el disipador de calor es una base de aluminio, la velocidad de transferencia de calor de la base puede no ser suficiente para difundir rápidamente el calor a la superficie de las aletas, lo que da como resultado una mayor resistencia al calor y un rendimiento de enfriamiento insuficiente del disipador de calor.
El área total o parcial de la base del radiador de aluminio se puede reemplazar con material de cobre con mejor conductividad térmica para resolver el problema de la velocidad insuficiente de difusión del calor. Esta base de disipador de calor compuesta utiliza cobre para conducir rápidamente el calor del chip, mientras que las aletas todavía están hechas de aluminio, lo que puede lograr una rápida difusión térmica y rentabilidad.
La tecnología Cold Spray es un proceso de fabricación aditiva y revestimiento de superficies altamente innovador que se puede utilizar para conectar cobre y aluminio y superar los problemas relacionados con la soldadura y la soldadura fuerte. El proceso de pulverización en frío puede depositar partículas de polvo en estado sólido sobre la superficie del sustrato a temperaturas muy por debajo del punto de fusión del material, evitando así problemas comunes causados por las altas temperaturas, como la oxidación a alta temperatura, el estrés térmico y las micro. transformación de fase. La pulverización en frío es una tecnología de procesamiento basada en polvo en la que las partículas de polvo de tamaño micrométrico se aceleran mediante un gas comprimido supersónico en la boquilla, lo que hace que las partículas de polvo de alta velocidad colisionen con el sustrato, provocando deformación plástica y unión con el sustrato. El proceso CS tiene un tiempo de producción más corto y permite una selección flexible de construcciones de deposición localizadas o a gran escala.
Como es bien sabido, el rendimiento del disipador de calor normalmente se cuantifica en función de los valores de resistencia térmica. La resistencia térmica es una medida de la temperatura en la parte superior del radiador por encima de la temperatura ambiente para cada unidad de potencia disipada por el radiador. Cuanto menor sea el valor de resistencia térmica, menor será la temperatura en la parte superior de las aletas en el mismo entorno de refrigeración y mejor será el rendimiento de refrigeración del radiador. El costo de producción de los radiadores compuestos de fabricación por pulverización en frío es ligeramente mayor que el de los radiadores de aluminio, pero el peso y el costo son menores que los de los radiadores de cobre. Agregar una capa de cobre a un radiador de aluminio tiene un impacto directo en los costos de producción, pero el beneficio es que reducirá la resistencia térmica del radiador en un 48%.
