Tecnologia Cold Spray na fabricação de dissipadores de calor
Dispositivos eletrônicos geram calor durante a operação, levando a uma diminuição no desempenho e na confiabilidade. Os componentes IC com maior consumo de energia térmica normalmente dependem de dissipadores de calor para conduzir o calor e evitar que as temperaturas de junção excedam o limite máximo permitido. Instalar um dissipador de calor em um chip semicondutor baseado em silício e, por fim, dissipar o calor do chip através do ar ou líquido é um método comum de resfriamento para dispositivos eletrônicos. Esses radiadores geralmente são processados separadamente usando materiais de cobre ou alumínio, ou uma combinação de materiais de cobre e alumínio.
O cobre tem maior condutividade térmica que o alumínio e sua capacidade de dissipação de calor por unidade de volume é superior à do alumínio. Excluindo a influência do peso e do custo, o cobre é o material preferido para dissipadores de calor. Os materiais de alumínio têm baixa condutividade térmica, portanto os radiadores de alumínio não conseguem dissipar o calor com rapidez suficiente, exigindo maior área de superfície e aletas mais altas. Em muitas aplicações compactas, especialmente em sistemas que buscam alta densidade de potência, os radiadores de alumínio não são a melhor escolha.
O dissipador de calor inclui uma base que entra em contato com o chip da fonte de calor, bem como aletas conectadas acima da base por meio de métodos de fabricação como estampagem, soldagem, extrusão, corte de dentes e lascamento. A base entra em contato com o chip, absorve o calor do chip e o conduz para as aletas. As aletas tentam aumentar ao máximo a área de superfície, acelerar a eficiência da troca de calor do ar e, por fim, retirar o calor do chip. Dispositivos eletrônicos de alta potência geralmente geram calor rapidamente nos chips. Se o dissipador de calor for uma base de alumínio, a velocidade de transferência de calor da base pode não ser suficiente para difundir rapidamente o calor para a superfície das aletas, resultando em maior resistência ao calor e desempenho de resfriamento insuficiente do dissipador de calor.
Toda ou parte da base do radiador de alumínio pode ser substituída por material de cobre com melhor condutividade térmica para resolver o problema de velocidade insuficiente de difusão de calor. Esta base composta de dissipador de calor usa cobre para conduzir rapidamente o calor do chip, enquanto as aletas ainda são feitas de alumínio, o que pode alcançar rápida difusão térmica e economia.
A tecnologia Cold Spray é um processo de revestimento de superfície e fabricação aditiva altamente inovador que pode ser usado para conectar cobre e alumínio e superar problemas relacionados à soldagem e brasagem. O processo de pulverização a frio pode depositar partículas de pó em estado sólido na superfície do substrato em temperaturas muito abaixo do ponto de fusão do material, evitando assim problemas comuns causados por alta temperatura, como oxidação em alta temperatura, estresse térmico e micro transformação de fase. A pulverização a frio é uma tecnologia de processamento à base de pó em que partículas de pó de tamanho micrométrico são aceleradas por gás comprimido supersônico no bico, fazendo com que partículas de pó em alta velocidade colidam com o substrato, causando deformação plástica e ligação com o substrato. O processo CS tem um tempo de produção mais curto e permite a seleção flexível de construções de deposição localizada ou em larga escala.
Como é bem sabido, o desempenho do dissipador de calor é geralmente quantificado com base nos valores de resistência térmica. A resistência térmica é uma medida da temperatura na parte superior do radiador acima da temperatura ambiente para cada unidade de potência dissipada pelo radiador. Quanto menor o valor da resistência térmica, menor será a temperatura na parte superior das aletas no mesmo ambiente de resfriamento e melhor será o desempenho de resfriamento do radiador. O custo de produção dos radiadores compostos para fabricação de spray a frio é ligeiramente superior ao dos radiadores de alumínio, mas o peso e o custo são inferiores aos dos radiadores de cobre. Adicionar uma camada de cobre a um radiador de alumínio tem impacto direto nos custos de produção, mas a vantagem é que reduzirá a resistência térmica do radiador em 48%.
