การผลิตหม้อน้ำคอมโพสิตที่มีความต้านทานความร้อนต่ำ/ต้นทุนต่ำผ่านกระบวนการสเปรย์เย็น

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สร้างความร้อนระหว่างการทำงาน ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือลดลง ส่วนประกอบ IC ที่มีการใช้พลังงานความร้อนสูงมักจะใช้แผ่นระบายความร้อนเพื่อนำความร้อนเพื่อป้องกันไม่ให้อุณหภูมิจุดเชื่อมต่อเกินขีดจำกัดสูงสุดที่อนุญาต

การติดตั้งฮีตซิงก์บนชิปเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ซิลิกอนและสุดท้ายกระจายความร้อนของชิปผ่านอากาศหรือของเหลวเป็นวิธีระบายความร้อนทั่วไปสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ หม้อน้ำเหล่านี้มักจะทำจากทองแดงหรืออลูมิเนียมเพียงอย่างเดียว หรือเป็นส่วนผสมของทองแดงและอลูมิเนียม

หม้อน้ำทองแดงมีราคาแพง แต่หม้อน้ำอะลูมิเนียมมีค่าการนำความร้อนไม่เพียงพอ

ค่าการนำความร้อนของทองแดงมีค่ามากกว่าอะลูมิเนียม และความสามารถในการกระจายความร้อนต่อหน่วยปริมาตรนั้นดีกว่าอะลูมิเนียม ทองแดงเป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับฮีตซิงก์ หากไม่นับอิทธิพลของน้ำหนักและต้นทุน อะลูมิเนียมมีค่าการนำความร้อนต่ำ ดังนั้นหม้อน้ำอะลูมิเนียมจึงไม่สามารถกระจายความร้อนได้เร็วพอ และต้องการพื้นที่ผิวที่ใหญ่ขึ้นและครีบที่สูงขึ้น ในการใช้งานขนาดเล็กจำนวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการแสวงหาระบบความหนาแน่นพลังงานสูง หม้อน้ำอะลูมิเนียมไม่ใช่ทางเลือกที่ดีที่สุด

ทำไมเราต้องมีหม้อน้ำคอมโพสิตทองแดงอลูมิเนียม?

หม้อน้ำประกอบด้วยฐานที่สัมผัสกับชิปแหล่งความร้อน และครีบที่เชื่อมต่อเหนือฐานโดยวิธีการผลิต เช่น การเชื่อมแบบปั๊ม การอัดรีด การตัดเฟือง และการพรวนดิน ฐานสัมผัสกับชิป ดูดซับความร้อนของชิป และนำไปสู่ครีบ ครีบพยายามเพิ่มพื้นที่ผิว เร่งประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อนของอากาศ และในที่สุดก็กำจัดความร้อนของชิป

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูงมักจะทำให้ชิปร้อนขึ้นอย่างรวดเร็ว หากตัวระบายความร้อนเป็นฐานอะลูมิเนียม ความเร็วการถ่ายเทความร้อนของฐานอาจไม่เพียงพอที่จะกระจายความร้อนอย่างรวดเร็วไปยังพื้นผิวของครีบ ส่งผลให้ความต้านทานความร้อนของตัวระบายความร้อนและการระบายความร้อนมีประสิทธิภาพไม่เพียงพอ

พื้นที่ทั้งหมดหรือบางส่วนของฐานหม้อน้ำอะลูมิเนียมสามารถเปลี่ยนเป็นวัสดุทองแดงที่มีการนำความร้อนได้ดีกว่า เพื่อแก้ปัญหาความเร็วการกระจายความร้อนไม่เพียงพอ ฐานแผ่นระบายความร้อนแบบคอมโพสิตดังกล่าวใช้ทองแดงเพื่อนำความร้อนจากชิปอย่างรวดเร็ว และครีบยังคงเป็นอะลูมิเนียม ซึ่งสามารถให้ทั้งการกระจายความร้อนอย่างรวดเร็วและความคุ้มค่า

ข้อเสียของเทคโนโลยีแบบดั้งเดิมในการผลิตหม้อน้ำแบบคอมโพสิต

การเพิ่มทองแดงลงในฐานหม้อน้ำอะลูมิเนียมเพื่อปรับปรุงการนำความร้อน วิธีการปกติคือการฝังทองแดงและทองแดงบัดกรี แต่จะทำให้เกิดข้อบกพร่องใหม่ ๆ อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้:

การฝังทองแดง: ขั้นแรกให้เอาวัสดุอลูมิเนียมที่ตำแหน่งฝังทองแดงบนฐานโดยการตัดเศษ แล้วใช้วัสดุเชื่อมต่อทางความร้อนที่ด้านล่างของพื้นที่ฝังทองแดง จากนั้นบล็อกทองแดงจะฝังอยู่ในเมทริกซ์อลูมิเนียมของฐานภายใต้ ติดแน่นและสุดท้ายชิปก็ขัดอีกครั้ง ได้ฐานฝังทองแดงที่มีพื้นผิวเรียบและเรียบ สิ่งนี้ทำให้เกิดปัญหาสองประการ วัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อนของส่วนต่อประสานทองแดงกับอลูมิเนียมช่วยเพิ่มความต้านทานความร้อน ส่วนต่อประสานโมเสคมีความไม่ตรงกันในการขยายตัวทางความร้อนในระยะยาวและทำให้เกิดการหลวม มีความเสี่ยงที่จะจมทองแดงที่ฝังอยู่ และความเสี่ยงที่จะลดลงอย่างรวดเร็ว ประสิทธิภาพของแผ่นระบายความร้อน

การเชื่อมทองแดง: อะลูมิเนียมมักใช้สำหรับการเชื่อมโดยตรงของทองแดงหรือการบัดกรีแข็ง และวัสดุทองแดงจะรวมกันอยู่ที่ฐาน เป็นการยากมากที่จะเชื่อมทองแดงกับอลูมิเนียมโดยตรง ต้นทุนกระบวนการสูงและผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจต่ำ การประสานจะต้องแนะนำวัสดุเชื่อม และมีปัญหาเช่นการกัดกร่อนของพื้นผิว การนำความร้อนที่ไม่สอดคล้องกันของส่วนต่อประสาน และการขยายตัวทางความร้อนที่ไม่ตรงกัน