Tecnologia Cold Spray en la fabricació de dissipadors de calor
Els dispositius electrònics generen calor durant el funcionament, la qual cosa comporta una disminució del rendiment i la fiabilitat. Els components d'IC amb un consum d'energia tèrmica més elevat normalment es basen en dissipadors de calor per conduir la calor i evitar que les temperatures de la unió superin el límit màxim permès. Instal·lar un dissipador de calor en un xip semiconductor basat en silici i, finalment, dissipar la calor del xip a través de l'aire o el líquid és un mètode de refrigeració comú per als dispositius electrònics. Aquests radiadors solen processar-se per separat utilitzant materials de coure o alumini, o una combinació de materials de coure i alumini.
El coure té una conductivitat tèrmica més alta que l'alumini i la seva capacitat de dissipació de calor per unitat de volum és superior a l'alumini. Excloent la influència del pes i el cost, el coure és el material preferit per als dissipadors de calor. Els materials d'alumini tenen una conductivitat tèrmica baixa, de manera que els radiadors d'alumini no poden dissipar la calor amb prou rapidesa, i requereixen una superfície més gran i aletes més altes. En moltes aplicacions compactes, especialment en sistemes que persegueixen una alta densitat de potència, els radiadors d'alumini no són la millor opció.
El dissipador de calor inclou una base que entra en contacte amb el xip de la font de calor, així com aletes connectades per sobre de la base mitjançant mètodes de fabricació com ara estampació, soldadura, extrusió, tall de dents i estellat. La base entra en contacte amb el xip, absorbeix la calor del xip i el condueix a les aletes. Les aletes intenten augmentar la superfície tant com sigui possible, accelerar l'eficiència de l'intercanvi de calor de l'aire i, finalment, treure la calor del xip. Els dispositius electrònics d'alta potència solen generar calor ràpidament als xips. Si el dissipador de calor és una base d'alumini, és possible que la velocitat de transferència de calor de la base no sigui suficient per difondre ràpidament la calor a la superfície de les aletes, donant lloc a una major resistència a la calor i un rendiment de refrigeració insuficient del dissipador de calor.
L'àrea total o parcial de la base del radiador d'alumini es pot substituir per material de coure amb millor conductivitat tèrmica per resoldre el problema de la velocitat de difusió de calor insuficient. Aquesta base de dissipador de calor composta utilitza coure per conduir ràpidament la calor dels xips, mentre que les aletes encara estan fetes d'alumini, cosa que pot aconseguir una difusió tèrmica ràpida i una rendibilitat.
La tecnologia Cold Spray és un recobriment superficial i un procés de fabricació additiu altament innovador que es pot utilitzar per connectar coure i alumini i superar problemes relacionats amb la soldadura i la soldadura forta. El procés de polvorització en fred pot dipositar partícules de pols en estat sòlid a la superfície del substrat a temperatures molt inferiors al punt de fusió del material, evitant així els problemes comuns causats per l'alta temperatura, com ara l'oxidació a alta temperatura, l'estrès tèrmic i la micro transformació de fase. La polvorització en fred és una tecnologia de processament basada en pols on les partícules de pols de mida micres s'acceleren mitjançant gas comprimit supersònic al filtre, fent que les partícules de pols d'alta velocitat xoquin amb el substrat, provocant una deformació plàstica i unió amb el substrat. El procés CS té un temps de producció més curt i permet una selecció flexible de construcció de deposició a gran escala o localitzada.
Com és ben sabut, el rendiment del dissipador de calor se sol quantificar en funció dels valors de resistència tèrmica. La resistència tèrmica és una mesura de la temperatura a la part superior del radiador per sobre de la temperatura ambient per a cada unitat de potència dissipada pel radiador. Com més baix sigui el valor de la resistència tèrmica, més baixa serà la temperatura a la part superior de les aletes en el mateix entorn de refrigeració i millor serà el rendiment de refrigeració del radiador. El cost de producció dels radiadors compostos de fabricació d'esprai en fred és lleugerament superior al dels radiadors d'alumini, però el pes i el cost són inferiors als radiadors de coure. Afegir una capa de coure a un radiador d'alumini té un impacte directe en els costos de producció, però el benefici és que reduirà la resistència tèrmica del radiador en un 48%.
