Introduzione alle Tecnologie di Saldatura Comuni nell'Industria della Gestione Termica

Tecnologie di saldatura nell'industria della gestione termica (ad esempio per dissipatori di calore, scambiatori di calore, imballaggi di dispositivi di potenza,Le piastre di raffreddamento liquido sono processi di fabbricazione critici che assicurano la tenuta del prodottoL'introduzione seguente combina le applicazioni industriali e le ultime tendenze.

I sistemi di gestione termica (ad esempio, piastre di raffreddamento delle batterie, scambiatori di calore, dissipatori di calore elettronici) comportano in genere un collegamento leggero,materiali ad alta conduttività termica quali leghe di alluminio e rameLe tecnologie di saldatura in questo settore sono utilizzate principalmente per:

• Requisiti di sigillamento:Ad esempio, la saldatura di piastre fredde liquide per batterie deve evitare perdite.
• Performance termica:Le giunture saldate devono mantenere la continuità termica dei materiali, evitando un aumento della resistenza termica dovuta a difetti come pori o inclusioni di scorie.
• Strutture leggere:Le tecniche di saldatura allo stato solido, come la saldatura a scorrere per attrito, riducono al minimo la distorsione nella zona interessata dal calore e sono adatte per i componenti in lega di alluminio.

La brasatura è la tecnologia di saldatura più utilizzata e fondamentale nella gestione termica, adatta per materiali conduttivi come alluminio e rame.

Principio:Si utilizza un metallo di riempimento (materiale di brasatura, ad esempio lega di alluminio-silicio, lega di rame-fosforo) con un punto di fusione inferiore a quello del metallo base.fluisce per azione capillare nella spaccatura articolare, e si diffonde con il metallo base per formare il legame.

Tipi comuni:

• Legatura a vuoto:Il metodo preferito per la produzione di dissipatori di calore in alluminio di fascia alta, piastre di freddo,e scambiatori di calore a flusso complesso.
• Sfregamento atmosferico:Eseguito in un'atmosfera inerte come l'azoto, offre un costo inferiore rispetto alla brasatura a vuoto.
• Fuoco di brasatura / brasatura a induzione:Adatto per la saldatura localizzata o per componenti semplici.

Vantaggi:Capaci di saldare strutture complesse e grandi superfici; buona tenuta; adatti alla produzione in serie.

Svantaggi:Un elevato fabbisogno di vuoti di montaggio delle parti; richiede apparecchiature specializzate; investimenti significativi per le attrezzature dei forni a vuoto.

Applicazioni tipiche:Dischi termosiferi CPU/GPU, piastre di raffreddamento liquido, piastre di raffreddamento della batteria, scambiatori di calore a flusso parallelo.

Una tecnologia di fusione allo stato solido, particolarmente adatta alle leghe di alluminio, in rapida crescita nella gestione termica.

Principio:Il calore di attrito ammorbidisce il materiale senza farlo sciogliere.e il materiale è plastificato e unito sotto la pressione di forgiatura dello strumento e l'azione di agitazione.

Vantaggi:

• Alta resistenza articolare:Può raggiungere il 70%-90% o più della resistenza del metallo base.
• Distorsione termica bassa:Il processo a bassa temperatura riduce al minimo le distorsioni.
• Nessuna porosità/fessure:La saldatura allo stato solido evita i difetti comuni nella saldatura a fusione.
• Ambientale:Niente fumi, luce o schizzi.

Svantaggi:Velocità di saldatura relativamente più lenta; i pezzi di lavoro richiedono un fissaggio rigido; usura degli utensili.

Applicazioni tipiche:Grandi piastre refrigerate in alluminio liquido, substrati di diffusione del calore, involucri, collegamento dei tubi di calore alle basi, saldatura dei vassoi e degli alloggiamenti delle batterie.

Abbreviato come TIG o GTAW, si tratta di un processo di saldatura ad arco a gas protetto da elettrodi non consumabili.

Principio:Utilizza un elettrodo di tungsteno refrattario per creare un arco protetto da un gas inerte (tipicamente argon), fondendo il metallo base e un filo di riempimento (se usato) per formare una saldatura di alta qualità.

Vantaggi:Alta resistenza alla saldatura, relativamente basso investimento di attrezzature, senza schizzi, esteticamente gradevole, applicabile a una vasta gamma di materiali.

Svantaggi:Deformazione significativa.

Applicazioni tipiche:Dischi termosiferi a pinna, alloggiamenti per moduli di raffreddamento ad alta potenza.

4. Saldatura a laser

Una tecnologia di saldatura a fascio ad alta densità energetica ampiamente utilizzata nei componenti di gestione termica di precisione.

Principio:Utilizza un raggio laser ad alta densità energetica come fonte di calore per fondere localmente il metallo base, formando una cucitura di saldatura.Può essere suddiviso in saldatura in modalità di conduzione (fusione superficiale) e saldatura a buco della serratura (formando un capillario a vapore).

Vantaggi:

• Energia concentrata, piccola HAZ:Distorsioni minime, adatte alla saldatura di precisione.
• Senza contatto, alta automazione:Velocità elevata, facile integrazione in linee di produzione automatizzate.
• Materiali refrattari saldabili:Come il rame, l'alluminio (materiali ad alta riflettività che richiedono lunghezze d'onda/tecniche specifiche).

Svantaggi:Attrezzature costose; requisiti estremamente elevati per la precisione di montaggio del pezzo da lavorare; sfida per materiali ad alta riflettività come il rame puro.

Applicazioni tipiche:Pinne composite in rame-alluminio, sigillamento dei tubi di calore, imballaggio con substrato raffreddato ad acqua IGBT (DBC/AMB), sigillamento del coperchio del dissipatore di calore a microcanale.

5. Collegamento per diffusione a vuoto

Una tecnologia di fusione di precisione allo stato solido realizzata in un ambiente ad alto vuoto, utilizzata per la produzione di componenti di gestione termica ad alte prestazioni e di alta affidabilità.

Principio:Sotto elevate temperature e pressione, gli atomi delle superfici di contatto si interdifuso, raggiungendo un legame monolitico.

Vantaggi:

• Eccellenti proprietà comuni:Composizione e struttura simili a quella dei metalli comuni; assenza di fasi fragili; elevata conduttività termica e resistenza.
• Unire materiali dissimili:Come il rame-alluminio, il rame-ceramica (ad esempio, nitruro di alluminio).
• Distorsione estremamente bassa, precisione dimensionale elevata.

Svantaggi:Tempo di ciclo lungo, costi estremamente elevati, requisiti rigorosi di qualità della superficie.

Applicazioni tipiche:Scambiatori di calore compatti per l'industria aerospaziale, imballaggi ceramici da substrato a metallo, fabbricazione di camere a vapore ad alte prestazioni (VC).

6. Saldatura (saldatura morbida)

Utilizzato principalmente per connessioni a bassa temperatura, comune nel raffreddamento e nell'imballaggio elettronico.

Principio:Utilizzano leghe a basso punto di fusione (ad esempio leghe a base di stagno, indio), riscaldate tramite saldatori, forni a reflusso, ecc., per formare una connessione.

Vantaggi:A bassa temperatura, amichevole ai componenti sensibili al calore, processo semplice.

Svantaggi:Relativamente minore resistenza articolare, resistenza alla temperatura e affidabilità a lungo termine.

Applicazioni tipiche:Collegamento delle pinne alle basi (sostituzione dell'adesivo termico), collegamento di piccoli tubi di calore alle basi in rame, montaggio di determinati dispositivi di alimentazione.

7. Saldatura ad ultrasuoni di metalli

Una tecnologia di saldatura allo stato solido che utilizza energia vibrazionale ad alta frequenza per unire.

Principio:Le vibrazioni ad alta frequenza generate da un trasduttore ad ultrasuoni, sotto pressione, causano deformazione plastica e attrito alle superfici di contatto, rompendo le pellicole di ossido e consentendo il legame atomico.

Vantaggi:Nessun riscaldamento esterno richiesto, particolarmente adatto per materiali ad alta conducibilità (rame, alluminio) e per la fusione di materiali diversi; efficienza energetica, velocità.

Svantaggi:Tipicamente adatto per la saldatura di fogli sottili, fili e punti; non adatto per sezioni spesse o strutture complesse.

Applicazioni tipiche:Collegamento di tubi di calore alle pinne (sostituzione di metodi di montaggio meccanici come pinne a cerniera o pinne piegate), saldatura di diffusori di calore per batterie al litio, giunti di transizione rame-alluminio.

3- Tendenze di sviluppo delle tecnologie di saldatura nell'industria della gestione termica

Processi ibridi:Come le tecnologie ibride "laser + friction stir welding", che combinano i vantaggi di entrambe.

Orientamento ad alta potenza:Sviluppo di tecnologie di saldatura con una minore resistenza termica e una maggiore affidabilità (ad esempio sinterizzazione dell'argento a bassa temperatura) per dispositivi semiconduttori a banda larga come SiC e GaN.

Inteligentizzazione e monitoraggio online:Integrazione del sensore visivo e del controllo del processo per migliorare la consistenza e la qualità della saldatura.

Innovazione materiale:Sviluppo di nuove leghe di brasatura e materiali interstrati per migliorare la saldabilità di materiali diversi.

La selezione di una tecnologia di saldatura richiede una considerazione completa delle combinazioni di materiali, della struttura del prodotto, dei requisiti di prestazione (conduttività termica, resistenza, tenuta),volume di produzioneAttualmente, la saldatura a scarico, la saldatura ad attrito e la saldatura laser sono le tre tecnologie principali ampiamente applicate nell'industria della gestione termica.