Fabrication de radiateurs composites à faible résistance thermique/faible coût par procédé de pulvérisation à froid

Les équipements électroniques génèrent de la chaleur pendant le fonctionnement, ce qui entraîne une diminution des performances et de la fiabilité. Les composants de circuits intégrés à forte consommation d'énergie thermique utilisent généralement un dissipateur thermique pour conduire la chaleur afin d'empêcher la température de jonction de dépasser la limite maximale autorisée.

L'installation d'un dissipateur thermique sur une puce semi-conductrice à base de silicium et enfin 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 constitués de cuivre ou d'aluminium seul, ou d'une combinaison de cuivre et d'aluminium.

Les radiateurs en cuivre sont chers, mais les radiateurs en aluminium ont une conductivité thermique insuffisante

La conductivité thermique du cuivre est supérieure à celle de l'aluminium et la capacité de dissipation thermique par unité de volume est meilleure que celle de l'aluminium. Hors influence du poids et du coût, le cuivre est le matériau de prédilection pour les dissipateurs thermiques. L'aluminium a une faible conductivité thermique, de sorte que les radiateurs en aluminium ne peuvent pas dissiper la chaleur assez rapidement et nécessitent une plus grande surface et des ailettes plus hautes. Dans de nombreuses applications compactes, en particulier dans la recherche de systèmes à haute densité de puissance, les radiateurs en aluminium ne sont pas le meilleur choix.

Pourquoi avons-nous besoin d'un radiateur composite cuivre-aluminium ?

Le radiateur comprend une base qui entre en contact avec la puce de source de chaleur, et des ailettes connectées au-dessus de la base par des méthodes de fabrication telles que le soudage par emboutissage, l'extrusion, le taillage d'engrenages et le pelletage. 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, d'accélérer l'efficacité de l'échange thermique de l'air et enfin d'évacuer la chaleur de la puce.

Les équipements électroniques haute puissance chauffent souvent la puce très rapidement. 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 de l'ailette, entraînant une augmentation de la résistance thermique du dissipateur thermique et un refroidissement Performances insuffisantes.

La surface totale ou partielle de la base du radiateur en aluminium peut être remplacée par un matériau en cuivre avec une meilleure conductivité thermique pour résoudre le problème de la vitesse de diffusion de la chaleur insuffisante. Une telle base de dissipateur thermique composite utilise du cuivre pour conduire rapidement la chaleur de la puce, et les ailettes sont toujours en aluminium, ce qui permet à la fois une diffusion rapide de la chaleur et une rentabilité.

Inconvénients de la technologie traditionnelle pour fabriquer des radiateurs composites

Ajout de cuivre à la base du radiateur en aluminium pour améliorer la conduction thermique, les méthodes habituelles sont le cuivre incrusté et le cuivre soudé, mais elles introduisent inévitablement de nouveaux défauts :

Enrobage du cuivre : retirez d'abord le matériau en aluminium à la position d'enrobage du cuivre sur la base en coupant des copeaux, puis appliquez le matériau d'interface thermique au bas de la zone d'enrobage du cuivre, puis le bloc de cuivre est noyé dans la matrice en aluminium de la base sous un ajustement serré, et enfin les copeaux sont à nouveau polis. On obtient une base incrustée de cuivre avec une surface lisse et plane. Cela entraîne deux problèmes. Le matériau d'interface thermique de l'interface cuivre-aluminium apporte une résistance thermique supplémentaire, l'interface mosaïque est dans un décalage de dilatation thermique à long terme et provoque un desserrement, il y a un risque de naufrage du cuivre noyé, et le risque d'une forte baisse de les performances du dissipateur thermique.

Cuivre de soudage : L'aluminium est généralement utilisé pour le collage direct du cuivre ou le brasage, et le matériau en cuivre est combiné sur la base. Il est très difficile de lier directement le cuivre à l'aluminium, le coût du processus est élevé et l'avantage économique est faible ; le brasage doit introduire des matériaux de soudage, et il existe des problèmes tels que la corrosion interfaciale, une conductivité thermique incohérente de l'interface et une dilatation thermique inadaptée.