Cold Spray Technology i produksjon av kjøleribbe
Elektroniske enheter genererer varme under drift, noe som fører til en reduksjon i ytelse og pålitelighet. IC-komponenter med høyere termisk strømforbruk er vanligvis avhengig av varmeavledere for å lede varme og unngå overgangstemperaturer som overskrider den maksimalt tillatte grensen. Å installere en kjøleribbe på en silisiumbasert halvlederbrikke og til slutt spre varmen fra brikken gjennom luft eller væske er en vanlig kjølemetode for elektroniske enheter. Disse radiatorene behandles vanligvis separat ved bruk av kobber- eller aluminiumsmaterialer, eller en kombinasjon av kobber- og aluminiumsmaterialer.
Kobber har høyere varmeledningsevne enn aluminium, og dets varmeavledningskapasitet per volumenhet er overlegen aluminium. Med unntak av påvirkning av vekt og kostnad, er kobber det foretrukne materialet for kjøleribber. Aluminiumsmaterialer har lav varmeledningsevne, så aluminiumsradiatorer kan ikke spre varmen raskt nok, noe som krever større overflate og høyere finner. I mange kompakte applikasjoner, spesielt i systemer som søker høy effekttetthet, er ikke aluminiumsradiatorer det beste valget.
Kjøleribben inkluderer en base som kommer i kontakt med varmekildebrikken, samt finner koblet over basen gjennom produksjonsmetoder som stempling, sveising, ekstrudering, tannskjæring og chipping. Basen kommer i kontakt med brikken, absorberer varmen fra brikken og leder den til finnene. Finnene prøver å øke overflaten så mye som mulig, akselerere luftvarmevekslingseffektiviteten og til slutt ta bort varmen fra brikken. Elektroniske enheter med høy effekt genererer ofte varme raskt på sjetonger. Hvis kjøleribben er en aluminiumsbase, kan det hende at varmeoverføringshastigheten til basen ikke er tilstrekkelig til å raskt spre varme til overflaten av finnene, noe som resulterer i økt varmemotstand og utilstrekkelig kjøleytelse til kjøleribben.
Hele eller delvise arealet av aluminiumsradiatorbasen kan erstattes med kobbermateriale med bedre termisk ledningsevne for å løse problemet med utilstrekkelig varmediffusjonshastighet. Denne komposittkjøleribbensbasen bruker kobber for raskt å lede sponvarme, mens finnene fortsatt er laget av aluminium, som kan oppnå både rask termisk diffusjon og kostnadseffektivitet.
Cold Spray-teknologi er en svært innovativ overflatebelegg og additiv produksjonsprosess som kan brukes til å koble kobber og aluminium og overvinne problemer knyttet til sveising og lodding. Den kalde sprøyteprosessen kan avsette pulverpartikler i fast tilstand på overflaten av substratet ved temperaturer langt under materialets smeltepunkt, og dermed unngå vanlige problemer forårsaket av høy temperatur, som høytemperaturoksidasjon, termisk stress og mikro fasetransformasjon. Kaldspraying er en pulverbasert prosesseringsteknologi der pulverpartikler i mikronstørrelse akselereres av supersonisk komprimert gass i dysen, noe som får høyhastighets pulverpartikler til å kollidere med underlaget, forårsaker plastisk deformasjon og binding med underlaget. CS-prosessen har kortere produksjonstid og gir mulighet for fleksibelt valg av storskala eller lokalisert deponeringskonstruksjon.
Som kjent kvantifiseres vanligvis varmeavlederytelsen basert på termiske motstandsverdier. Termisk motstand er et mål på temperaturen på toppen av radiatoren over omgivelsestemperaturen for hver kraftenhet som forsvinner av radiatoren. Jo lavere termisk motstandsverdi, desto lavere temperatur på toppen av finnene i samme kjølemiljø, og jo bedre kjøleytelse til radiatoren. Produksjonskostnaden for kaldsprayproduksjon av komposittradiatorer er litt høyere enn for aluminiumsradiatorer, men vekten og kostnadene er lavere enn kobberradiatorer. Å legge et lag med kobber til en aluminiumsradiator har en direkte innvirkning på produksjonskostnadene, men fordelen er at det vil redusere radiatorens termiske motstand med 48%.
