Moduli IGBT in SiC v pretvornikih pogosto delujejo nad 200 W/cm². Hladilna plošča iz aluminija ima težave pri dovolj hitrem širjenju toplote. Toda tudi čista bakrena hladilna plošča ne bo delovala, če notranja rebra niso zanesljivo spojena.
Ta članek pojasnjuje, zakaj smo izbralivakuumsko trdo spajkanje z 72% Ag – 28%Cu dodajnega materialaza naš bakreni vodni blok in kako preživi preskus tlaka 6 barov.
1. Težava z mehkim spajkanjem ali spajkanjem bakra z gorilnikom
Mehka spajka (na osnovi kositra in svinca):
Nizka toplotna prevodnost (~60 W/(m·K)) ustvarja ozko grlo na spoju.
Nizko tališče in slaba odpornost proti lezenju – spoji se zrahljajo pri termičnih ciklih.
Spajkanje z baklo (plamenom) na zraku:
Baker pri visoki temperaturi hitro oksidira.
Oksidna plast preprečuje, da bi polnilna kovina zmočila površino in pustila praznine.
Ni ponovljivo za kompleksne geometrije prepognjenih plavuti.
Obe metodi povzročita puščanje ali visoko toplotno odpornost po mesecih v vibrirajočem okolju EV.
2. Zakajvakuumsko spajkanjeje drugačen
Uporabljamo vakuumsko peč s tlakom pod 10⁻³ Pa.
Brez kisika → brez bakrovega oksida → dodajna kovina zmoči vsako površino.
Enakomerna porazdelitev toplote → minimalna deformacija tankih reber.
Spajkalni spoji so čisti, sijoči in dosledni od serije do serije.
3. Zakaj 72Ag28Cu (srebro-baker) dodajna kovina?
To je skoraj evtektična zlitina (tali se okoli 780 stopinj). Prekaša druga polnila za sklope iz čistega bakra:
* Toplotna prevodnost ≈ 380 W/(m·K)– zelo blizu čistega bakra. Spajkan spoj ne postane vroča točka.
* Odlično vlaženje bakra– staljeni 72Ag28Cu teče v reže, ki so tako tesne kot 0,05 mm, in popolnoma zapolnijo koren zloženih reber.
* Visoka trdnost spoja– natezna trdnost 300–400 MPa, veliko višja od mehke spajke. To omogoča, da hladna plošča vzdržuje tlak 6 barov brez deformacije.
* Galvanska združljivost– srebro in baker imata podoben elektrodni potencial v hladilni tekočini glikol-voda, zato ni pospešene korozije.
4.Kako nanesemo štiri plasti polnila za trdo spajkanje – v skladu s petslojnim nizom
Naš vodni blok ni preprosta škatla. Zgrajena je izpet bakrenih plasti(od spodaj navzgor):
-Osnovna plošča
-Ločilna plošča (ločuje zamaknjene plavuti od prepognjenih plavuti)
-Pokrov (ohišje)
Medvsak sosednji parteh plasti položimo list polnila za spajkanje 72Ag28Cu. To pomeništiri plasti polnilne kovineskupaj. Celoten sklad je potemvakuumsko spajkanav enem ciklu.
Med spajkanjem staljeno polnilo zmoči obe površini vsake plasti in popolnoma zapre vsak vmesnik. Ta metoda ustvari močno, neprepustno vez med vsemi notranjimi predelnimi stenami – vključno z območjem prepognjenih plavut, območjem zamaknjenih plavut in povratnim kanalom. Za vsak komplet reber ni potreben ločen korak trdo spajkanja.
5. Validacija: tlačni preizkus 6 barov, 10 minut
Vsaka končana hladilna plošča je testirana s suhim dušikom pri6 barov (600 kPa)10 minut.
Sprejemljiv padec tlaka: < 0,05 bar
Ni vidne ali merljive trajne deformacije.
Zakaj 6Bar?
Običajni hladilni sistem za električna vozila deluje pri 1,5–2,5 bar. 6bar zagotavlja 2–3-kratno varnostno rezervo – dovolj, da preživi vodni udar, spremembe nadmorske višine in dolgoročno staranje.
Uspešen preizkus dokazuje, da so vakuumsko spajkani spoji resnično neprepustni in da lahko bakrena struktura prenese notranji pritisk.
Povzetek in naslednji koraki
Čisti bakerhladna ploščaoddaja svoj toplotni potencial le takrat, kovsak spoj je zanesljiv. Vakuumsko trdo spajkanje z dodajno kovino 72Ag28Cu (naneseno v štirih plasteh) nam daje visoko toplotno prevodnost, mehansko trdnost in neprepusten sklop, ki opravi 6-barsko testiranje.
Za podrobno zasnovo poti pretoka – kako uporabljamo prepognjene plavuti in zamaknjene plavuti za pridobivanje toplote – preberite naš drugi članek:
Prepognjena plavut vs. zamaknjena plavut: zasnova pretoka s tekočo hladno ploščo
