IGBT a SiC moduly v meničoch často bežia nad 200 W/cm². Hliníková studená platňa môže mať problémy s šírením tepla dostatočne rýchlo. Ale aj čistá medená studená platňa zlyhá, ak vnútorné rebrá nie sú spoľahlivo spojené.
Tento článok vysvetľuje, prečo sme sa rozhodlivákuové spájkovanie s prídavným kovom 72%Ag – 28%Cupre náš medený vodný blok a ako prežije tlakový test 6 Bar.
1. Problém s mäkkou spájkou alebo horákom na spájkovanie medi
Mäkká spájka (na báze cínu a olova):
Nízka tepelná vodivosť (~60 W/(m·K)) vytvára úzke miesto v spoji.
Nízky bod topenia a nízka odolnosť proti tečeniu – spoje sa pri tepelných cykloch uvoľňujú.
Horák (plameň) spájkovanie na vzduchu:
Meď pri vysokej teplote rýchlo oxiduje.
Vrstva oxidu bráni prídavnému kovu zmáčať povrch a zanechávať dutiny.
Neopakovateľné pre zložité geometrie skladaných plutiev.
Oba spôsoby vedú po mesiacoch vo vibrujúcom prostredí EV k netesnostiam alebo vysokému tepelnému odporu.
2. Prečovákuové spájkovanieje iný
Používame vákuovú pec s tlakom pod 10⁻³ Pa.
Žiadny kyslík → žiadny oxid medi → prídavný kov zmáča každý povrch.
Rovnomerné rozloženie tepla → minimálne skreslenie tenkých rebier.
Spájkované spoje sú čisté, lesklé a konzistentné od dávky k dávke.
3. Prečo prídavný kov 72Ag28Cu (striebro-meď)?
Ide o takmer eutektickú zliatinu (topí sa okolo 780 stupňov). Prevyšuje ostatné plnivá pre zostavy z čistej medi:
* Tepelná vodivosť ≈ 380 W/(m·K)– veľmi blízko čistej medi. Spájkovaný spoj sa nestane horúcim miestom.
* Vynikajúca zmáčavosť na medi– roztavený 72Ag28Cu tečie do medzier s hrúbkou 0,05 mm a úplne vypĺňa koreň zložených rebier.
* Vysoká pevnosť spoja– pevnosť v ťahu 300–400 MPa, oveľa vyššia ako mäkká spájka. To umožňuje chladiacej doske udržať tlak 6 barov bez deformácie.
* Galvanická kompatibilita– striebro a meď majú podobný elektródový potenciál v chladiacej kvapaline glykol-voda, takže nedochádza k zrýchlenej korózii.
4.Ako aplikujeme štyri vrstvy spájkovacieho plniva – zodpovedajúce päťvrstvovému stohu
Náš vodný blok nie je jednoduchá krabica. Je postavená zpäť medených vrstiev(zdola nahor):
-Základná doska
-Vrstva skosených odsadených plutiev
-Oddeľovacia doska (oddeľuje striedavé plutvy od zložených plutiev)
-Kryt (kryt)
Medzikaždý susedný párz týchto vrstiev položíme plát plniva spájky 72Ag28Cu. To znamenáštyri vrstvy prídavného kovucelkom. Celý zásobník je potomvákuovo spájkovanév jednom cykle.
Počas spájkovania roztavené plnivo zmáča oba povrchy každej vrstvy a úplne utesňuje každé rozhranie. Táto metóda vytvára silné, nepriepustné spojenie naprieč všetkými vnútornými priečkami – vrátane zóny s prehnutými plutvami, zóny s presadenými rebrami a spätného kanála. Pre každú súpravu plutiev nie je potrebný žiadny samostatný krok spájkovania.
5. Validácia: 6Bar tlaková skúška, 10 minút
Každá hotová studená platňa je testovaná suchým dusíkom pri6 bar (600 kPa)na 10 minút.
Prípustný pokles tlaku: < 0,05 bar
Žiadna trvalá deformácia nie je viditeľná ani merateľná.
Prečo 6 Bar?
Typický chladiaci systém EV pracuje pri 1,5 – 2,5 baru. 6Bar poskytuje 2 – 3-násobnú bezpečnostnú rezervu – dostatočnú na to, aby prežil vodné rázy, zmeny nadmorskej výšky a dlhodobé starnutie.
Absolvovanie tohto testu dokazuje, že vákuovo spájkované spoje sú skutočne nepriepustné a medená konštrukcia odolá vnútornému tlaku.
Zhrnutie a ďalšie kroky
Čistá meďstudený tanierdodáva svoj tepelný potenciál iba vtedykaždý spoj je spoľahlivý. Vákuové spájkovanie s prídavným kovom 72Ag28Cu (aplikované v štyroch vrstvách) nám poskytuje vysokú tepelnú vodivosť, mechanickú pevnosť a nepriepustnú zostavu, ktorá prejde testovaním 6Bar.
Podrobný návrh dráhy toku – ako používame zložené rebrá a rozložené rebrá na extrakciu tepla – si prečítajte náš druhý článok:
Skladaná plutva verzus stupňovitá plutva: Dizajn tekutého studeného taniera
