Jak se aplikace Cold Spray Technology používá při výrobě chladičů
Elektronická zařízení vytvářejí během provozu teplo, což vede ke snížení výkonu a spolehlivosti. Součásti integrovaného obvodu s vyšší tepelnou spotřebou energie se obvykle spoléhají na chladiče, které vedou teplo a vyhýbají se teplotám přechodu překračujícím maximální povolený limit. Instalace chladiče na polovodičový čip na bázi křemíku a nakonec odvádění tepla z čipu vzduchem nebo kapalinou je běžnou metodou chlazení elektronických zařízení. Tyto radiátory se obvykle zpracovávají samostatně za použití měděných nebo hliníkových materiálů, případně kombinací materiálů mědi a hliníku.
Měď má vyšší tepelnou vodivost než hliník a její kapacita odvádění tepla na jednotku objemu je lepší než u hliníku. S vyloučením vlivu hmotnosti a ceny je měď preferovaným materiálem pro chladiče. Hliníkové materiály mají nízkou tepelnou vodivost, takže hliníkové radiátory nemohou dostatečně rychle odvádět teplo, což vyžaduje větší povrch a vyšší žebra. V mnoha kompaktních aplikacích, zejména v systémech, které sledují vysokou hustotu výkonu, nejsou hliníkové radiátory tou nejlepší volbou.
Chladič obsahuje základnu, která přichází do kontaktu s čipem zdroje tepla, a také žebra spojená nad základnou pomocí výrobních metod, jako je lisování, svařování, vytlačování, řezání zubů a sekání. Základna se dotýká čipu, absorbuje teplo z čipu a odvádí ho do žeber. Žebra se snaží co nejvíce zvětšit povrch, urychlit účinnost výměny tepla vzduchu a v konečném důsledku odebírat teplo čipu. Vysoce výkonná elektronická zařízení často rychle generují teplo na čipech. Pokud je chladič hliníková základna, rychlost přenosu tepla základny nemusí být dostatečná k rychlému rozptýlení tepla na povrch žeber, což má za následek zvýšenou tepelnou odolnost a nedostatečný chladicí výkon chladiče.
Celá nebo částečná plocha hliníkové základny radiátoru může být nahrazena měděným materiálem s lepší tepelnou vodivostí pro vyřešení problému nedostatečné rychlosti difúze tepla. Tato kompozitní základna chladiče používá měď k rychlému vedení tepla čipů, zatímco žebra jsou stále vyrobena z hliníku, což může dosáhnout rychlé tepelné difúze a hospodárnosti.
Technologie Cold Spray je vysoce inovativní proces výroby povrchových nátěrů a aditiv, který lze použít ke spojení mědi a hliníku a překonat problémy související s lepením, svařováním a pájením. Proces stříkání za studena může ukládat částice prášku v pevném stavu na povrch substrátu při teplotách hluboko pod bodem tání materiálu, čímž se vyhnete běžným problémům způsobeným vysokou teplotou, jako je vysokoteplotní oxidace, tepelné namáhání a mikro fázová transformace. Studené stříkání je technologie zpracování na bázi prášku, kde jsou částice prášku o velikosti mikronů urychlovány nadzvukovým stlačeným plynem v trysce, což způsobuje kolizi vysokorychlostních částic prášku se substrátem, což způsobuje plastickou deformaci a spojení se substrátem. Proces CS má kratší dobu výroby a umožňuje flexibilní výběr konstrukce velkoplošné nebo lokalizované depozice.
Jak je dobře známo, výkon chladiče se obvykle kvantifikuje na základě hodnot tepelného odporu. Tepelný odpor je mírou teploty v horní části radiátoru nad okolní teplotou pro každou jednotku energie rozptýlené radiátorem. Čím nižší je hodnota tepelného odporu, tím nižší je teplota v horní části žeber ve stejném chladicím prostředí a tím lepší je chladicí výkon chladiče. Výrobní náklady na výrobu kompozitních radiátorů stříkáním za studena jsou o něco vyšší než u hliníkových radiátorů, ale hmotnost a náklady jsou nižší než u měděných radiátorů. Přidání vrstvy mědi na hliníkový radiátor má přímý dopad na výrobní náklady, ale výhodou je, že sníží tepelný odpor radiátoru o 48%.
