เทคโนโลยี Cold Spray นำไปใช้ในการผลิตฮีทซิงค์อย่างไร

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สร้างความร้อนระหว่างการทำงาน ส่งผลให้ประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือลดลง ส่วนประกอบของ IC ที่ใช้พลังงานความร้อนสูงกว่ามักจะอาศัยแผงระบายความร้อนเพื่อนำความร้อนและหลีกเลี่ยงอุณหภูมิของจุดเชื่อมต่อที่เกินขีดจำกัดสูงสุดที่อนุญาต การติดตั้งแผงระบายความร้อนบนชิปเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ซิลิคอนและการกระจายความร้อนของชิปผ่านอากาศหรือของเหลวในท้ายที่สุดถือเป็นวิธีการทำความเย็นทั่วไปสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ หม้อน้ำเหล่านี้มักจะได้รับการประมวลผลแยกกันโดยใช้วัสดุทองแดงหรืออลูมิเนียม หรือวัสดุทองแดงและอลูมิเนียมผสมกัน

ทองแดงมีค่าการนำความร้อนสูงกว่าอะลูมิเนียม และความสามารถในการกระจายความร้อนต่อหน่วยปริมาตรนั้นเหนือกว่าอะลูมิเนียม หากไม่รวมอิทธิพลของน้ำหนักและราคา ทองแดงเป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับแผงระบายความร้อน วัสดุอะลูมิเนียมมีค่าการนำความร้อนต่ำ ดังนั้นหม้อน้ำอะลูมิเนียมจึงไม่สามารถกระจายความร้อนได้เร็วเพียงพอ ซึ่งต้องใช้พื้นที่ผิวที่ใหญ่ขึ้นและครีบที่สูงขึ้น ในการใช้งานขนาดกะทัดรัดจำนวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบที่ต้องการความหนาแน่นของพลังงานสูง หม้อน้ำอะลูมิเนียมไม่ใช่ตัวเลือกที่ดีที่สุด

แผงระบายความร้อนประกอบด้วยฐานที่สัมผัสกับชิปแหล่งความร้อน เช่นเดียวกับครีบที่เชื่อมต่ออยู่เหนือฐานผ่านวิธีการผลิต เช่น การปั๊ม การเชื่อม การอัดขึ้นรูป การตัดฟัน และการบิ่น ฐานจะสัมผัสกับชิป ดูดซับความร้อนจากชิป และนำความร้อนไปยังครีบ ครีบพยายามเพิ่มพื้นที่ผิวให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เร่งประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อนของอากาศ และดึงความร้อนออกจากชิปในที่สุด อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูงมักสร้างความร้อนอย่างรวดเร็วบนชิป หากตัวระบายความร้อนเป็นฐานอะลูมิเนียม ความเร็วการถ่ายเทความร้อนของฐานอาจไม่เพียงพอที่จะกระจายความร้อนไปยังพื้นผิวของครีบอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้ทนความร้อนเพิ่มขึ้นและประสิทธิภาพการระบายความร้อนของตัวระบายความร้อนไม่เพียงพอ
สามารถเปลี่ยนพื้นที่ฐานหม้อน้ำอลูมิเนียมทั้งหมดหรือบางส่วนด้วยวัสดุทองแดงที่มีค่าการนำความร้อนที่ดีกว่า เพื่อแก้ปัญหาความเร็วการแพร่กระจายความร้อนไม่เพียงพอ ฐานระบายความร้อนแบบคอมโพสิตนี้ใช้ทองแดงเพื่อนำความร้อนของชิปอย่างรวดเร็ว ในขณะที่ครีบยังคงทำจากอลูมิเนียม ซึ่งสามารถกระจายความร้อนได้อย่างรวดเร็วและคุ้มค่าคุ้มราคา

เทคโนโลยีสเปรย์เย็นเป็นนวัตกรรมชั้นสูงในการเคลือบพื้นผิวและกระบวนการผลิตแบบเติมเนื้อที่สามารถใช้เชื่อมต่อทองแดงและอะลูมิเนียม และเอาชนะปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมและการบัดกรีแข็งได้ กระบวนการฉีดพ่นด้วยความเย็นสามารถสะสมอนุภาคผงไว้ในสถานะของแข็งบนพื้นผิวของสารตั้งต้นที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของวัสดุมาก ดังนั้นจึงหลีกเลี่ยงปัญหาทั่วไปที่เกิดจากอุณหภูมิสูง เช่น ออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง ความเครียดจากความร้อน และไมโคร การเปลี่ยนแปลงเฟส การพ่นเย็นเป็นเทคโนโลยีการประมวลผลแบบผง โดยที่อนุภาคผงขนาดไมครอนจะถูกเร่งโดยก๊าซอัดความเร็วเหนือเสียงในหัวฉีด ทำให้อนุภาคผงความเร็วสูงชนกับสารตั้งต้น ทำให้เกิดการเสียรูปพลาสติกและการยึดเกาะกับสารตั้งต้น กระบวนการ CS ใช้เวลาในการผลิตสั้นกว่า และช่วยให้สามารถเลือกโครงสร้างการสะสมขนาดใหญ่หรือเฉพาะจุดได้อย่างยืดหยุ่น

ดังที่ทราบกันดีอยู่แล้ว ประสิทธิภาพของแผงระบายความร้อนมักจะวัดปริมาณตามค่าความต้านทานความร้อน ความต้านทานความร้อนเป็นการวัดอุณหภูมิที่ด้านบนของหม้อน้ำที่สูงกว่าอุณหภูมิแวดล้อมสำหรับพลังงานแต่ละหน่วยที่หม้อน้ำกระจายไป ยิ่งค่าความต้านทานความร้อนต่ำลง อุณหภูมิที่ด้านบนของครีบในสภาพแวดล้อมการทำความเย็นเดียวกันก็จะยิ่งต่ำลง และประสิทธิภาพการทำความเย็นของหม้อน้ำก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น ต้นทุนการผลิตหม้อน้ำคอมโพสิตที่ผลิตด้วยสเปรย์เย็นนั้นสูงกว่าหม้อน้ำอลูมิเนียมเล็กน้อย แต่น้ำหนักและราคาต่ำกว่าหม้อน้ำทองแดง การเพิ่มชั้นทองแดงลงในหม้อน้ำอลูมิเนียมมีผลกระทบโดยตรงต่อต้นทุนการผลิต แต่ข้อดีคือจะช่วยลดความต้านทานความร้อนของหม้อน้ำได้ถึง 48%