Technologie de pulvérisation à froid dans la fabrication de dissipateurs thermiques
Les appareils électroniques génèrent de la chaleur pendant leur fonctionnement, ce qui entraîne une diminution des performances et de la fiabilité. Les composants IC ayant une consommation d'énergie thermique plus élevée s'appuient généralement sur des dissipateurs thermiques pour conduire la chaleur et éviter que les températures de jonction dépassent la limite maximale autorisée. L'installation d'un dissipateur thermique sur une puce semi-conductrice à base de silicium et, finalement, la dissipation de la chaleur de la puce par l'air ou un liquide est une méthode de refroidissement courante pour les appareils électroniques. Ces radiateurs sont généralement traités séparément en utilisant des matériaux en cuivre ou en aluminium, ou une combinaison de matériaux en cuivre et en aluminium.
Le cuivre a une conductivité thermique plus élevée que l’aluminium et sa capacité de dissipation thermique par unité de volume est supérieure à celle de l’aluminium. Hors influence du poids et du coût, le cuivre est le matériau préféré pour les dissipateurs thermiques. Les matériaux en aluminium ont une faible conductivité thermique, de sorte que les radiateurs en aluminium ne peuvent pas dissiper la chaleur assez rapidement, ce qui nécessite une plus grande surface et des ailettes plus hautes. Dans de nombreuses applications compactes, en particulier dans les systèmes qui recherchent une densité de puissance élevée, les radiateurs en aluminium ne constituent pas le meilleur choix.
Le dissipateur thermique comprend une base qui entre en contact avec la puce de la source de chaleur, ainsi que des ailettes reliées au-dessus de la base par des méthodes de fabrication telles que l'estampage, le soudage, l'extrusion, la découpe de dents et l'écaillage. La base entre en contact avec la puce, absorbe la chaleur de la puce et la conduit vers les ailettes. Les ailettes tentent d'augmenter la surface autant que possible, d'accélérer l'efficacité de l'échange thermique de l'air et, finalement, d'évacuer la chaleur de la puce. Les appareils électroniques haute puissance génèrent souvent rapidement de la chaleur sur les puces. Si le dissipateur thermique est une base en aluminium, la vitesse de transfert de chaleur de la base peut ne pas être suffisante pour diffuser rapidement la chaleur à la surface des ailettes, ce qui entraîne une résistance thermique accrue et des performances de refroidissement insuffisantes du dissipateur thermique.
La zone entière ou partielle de la base du radiateur en aluminium peut être remplacée par un matériau en cuivre ayant une meilleure conductivité thermique pour résoudre le problème de la vitesse de diffusion de la chaleur insuffisante. Cette base de dissipateur thermique composite utilise du cuivre pour conduire rapidement la chaleur des puces, tandis que les ailettes sont toujours en aluminium, ce qui permet d'obtenir à la fois une diffusion thermique rapide et une rentabilité.
La technologie Cold Spray est un procédé de revêtement de surface et de fabrication additive très innovant qui peut être utilisé pour connecter le cuivre et l’aluminium et résoudre les problèmes liés à la liaison, au soudage et au brasage. Le processus de pulvérisation à froid peut déposer des particules de poudre à l'état solide sur la surface du substrat à des températures bien inférieures au point de fusion du matériau, évitant ainsi les problèmes courants causés par les températures élevées, tels que l'oxydation à haute température, le stress thermique et les micro-ondes. transformation de phase. La pulvérisation à froid est une technologie de traitement à base de poudre dans laquelle des particules de poudre de taille micrométrique sont accélérées par un gaz comprimé supersonique dans la buse, provoquant la collision des particules de poudre à grande vitesse avec le substrat, provoquant une déformation plastique et une liaison avec le substrat. Le procédé CS a un temps de production plus court et permet une sélection flexible de constructions de dépôt à grande échelle ou localisées.
Comme chacun le sait, les performances du dissipateur thermique sont généralement quantifiées sur la base des valeurs de résistance thermique. La résistance thermique est une mesure de la température au sommet du radiateur au-dessus de la température ambiante pour chaque unité de puissance dissipée par le radiateur. Plus la valeur de la résistance thermique est faible, plus la température au sommet des ailettes est basse dans le même environnement de refroidissement et meilleures sont les performances de refroidissement du radiateur. Le coût de production des radiateurs composites fabriqués par projection à froid est légèrement supérieur à celui des radiateurs en aluminium, mais le poids et le coût sont inférieurs à ceux des radiateurs en cuivre. L'ajout d'une couche de cuivre sur un radiateur en aluminium a un impact direct sur les coûts de production, mais l'avantage est que cela réduira la résistance thermique du radiateur de 48 %.
