Controllo di qualità delle piastre fredde in rame brasato sotto vuoto per il raffreddamento IGBT
Negli articoli precedenti abbiamo discusso la progettazione interna di questoPiastra fredda in rame brasato sotto vuoto, compreso ilstruttura a pinna piegata, struttura delle pinne sfalsatee i motivi per scegliere la lega per brasatura in rame puro e argento-.
Tuttavia, disporre di un efficiente percorso del flusso interno è solo una parte della soluzione.
Per i moduli IGBT e altri dispositivi elettronici ad alta-potenza, le prestazioni termiche finali dipendono fortemente anche da due fattori che spesso vengono trascurati:
* La planarità della superficie di montaggio
* L'affidabilità di tenuta del canale di raffreddamento
Anche una piastra fredda-ben progettata può perdere prestazioni se la superficie di contatto non è sufficientemente piatta o se la struttura brasata non è in grado di resistere a-pressione e cicli termici a lungo termine.
Questo è il motivo per cui ogni piastra fredda viene sottoposta a lavorazione finale e test di pressione prima della spedizione.
Perché eseguiamo il taglio volante dopo la brasatura sotto vuoto
Durante ilprocesso di brasatura sotto vuoto,il gruppo in rame viene riscaldato ad alta temperatura e quindi raffreddato nuovamente a temperatura ambiente.
Sebbene il processo sia attentamente controllato, possono comunque verificarsi piccole distorsioni. In alcuni casi, sulla superficie di montaggio possono rimanere anche piccoli residui di brasatura.
Per molte parti meccaniche, questo potrebbe non essere un grosso problema.
Per una piastra fredda IGBT, tuttavia, la planarità della superficie influisce direttamente sulla resistenza termica.
Per ripristinare la superficie di montaggio, eseguiamo il taglio al volo previa brasatura.
Il taglio al volo è un processo di lavorazione che utilizza un unico-utensile da taglio a punto per creare una superficie molto piatta su un'ampia area.
Dopo il taglio al volo, controlliamo la planarità della superficie di montaggio entro 0,05 mm su tutta l'area di contatto. Limitiamo inoltre la differenza di altezza tra il bordo e il centro della superficie a meno di 0,01 mm per garantire una pressione di contatto uniforme quando è installato il modulo IGBT.
Questi valori si basano sulle prestazioni pratiche dei materiali dell'interfaccia termica piuttosto che su obiettivi di produzione arbitrari.
La maggior parte dei grassi termici e dei materiali a cambiamento di fase- possono compensare piccoli spazi superficiali, ma quando lo spazio diventa troppo ampio, rimangono sacche d'aria tra il modulo e la piastra fredda. Poiché l'aria è un pessimo conduttore termico, la resistenza termica di contatto aumenta notevolmente. Il risultato sono temperature di giunzione più elevate e prestazioni di raffreddamento ridotte.
Perché è importante anche la planarità dei bordi
Quando si parla di planarità, molte persone si concentrano solo sul centro della superficie di montaggio.
In realtà, le condizioni marginali sono ugualmente importanti.
Se i bordi sono arrotondati o leggermente più bassi del centro dopo la lavorazione, il modulo IGBT potrebbe entrare in contatto solo con una parte della superficie della piastra fredda.
Ciò può creare forze di serraggio irregolari e un trasferimento di calore irregolare attraverso la piastra base del modulo.
Nel corso del tempo, potrebbero svilupparsi hot spot localizzati, soprattutto nelle applicazioni ad alta-potenza.
Per questo motivo, durante la produzione controlliamo sia la planarità complessiva che la qualità dei bordi.
L'obiettivo è garantire che l'intera superficie di montaggio possa raggiungere una pressione di contatto uniforme dopo il montaggio.
Ogni piastra fredda è testata a pressione
Una volta completata la lavorazione, ciascuna piastra fredda finita viene sottoposta a un test di pressione prima della spedizione. Il test viene eseguito utilizzando azoto secco ad una pressione di 6 Bar e la pressione viene mantenuta per 10 minuti. Per superare l'ispezione, la caduta di pressione deve rimanere inferiore a 0,05 Bar durante tutta la prova, senza perdite visibili e senza deformazioni permanenti della struttura.
Questo test verifica sia l'integrità dei giunti brasati che la resistenza della struttura complessiva.
Perché testiamo a 6 bar
La maggior parte dei sistemi di raffreddamento dei veicoli elettrici funziona a pressioni notevolmente inferiori a 6 bar.
La pressione tipica del circuito del refrigerante è spesso compresa tra 1,5 e 2,5 bar durante il normale funzionamento.
I test a una pressione più elevata forniscono un margine di sicurezza aggiuntivo per le condizioni del mondo reale-come:
* Fluttuazioni di pressione durante il funzionamento
* Dilatazione e contrazione termica
* Vibrazioni del veicolo
* Invecchiamento-a lungo termine
In altre parole, la piastra fredda viene testata oltre le normali condizioni di lavoro per garantire prestazioni affidabili per tutta la sua durata di servizio.
Per gli assemblaggi brasati sotto vuoto, il test di pressione conferma anche che i giunti brasati multi-strato sono completamente sigillati.
Perché questo design funziona bene per gli inverter EV
Gli inverter di trazione generano una notevole quantità di calore in un'area relativamente piccola.
Per mantenere prestazioni e affidabilità, il sistema di raffreddamento deve rimuovere il calore in modo efficiente mantenendo la distribuzione della temperatura il più uniforme possibile.
Diverse caratteristiche di questo piatto freddo contribuiscono a questo obiettivo.
Capacità di flusso di calore elevato
Il rame puro offre una conduttività termica di circa 400 W/(m·K), consentendo al calore di diffondersi rapidamente dalla piastra base IGBT alla struttura di raffreddamento.
La sezione dell'aletta ripiegata aumenta la superficie interna, mentre la sezione dell'aletta sfalsata favorisce una maggiore miscelazione e turbolenza del refrigerante.
Insieme, aiutano a ridurre la resistenza termica complessiva.
Distribuzione della temperatura più uniforme
L'ingresso alimentato centralmente- e il percorso del flusso simmetrico aiutano a distribuire il refrigerante in modo più uniforme sulla superficie di raffreddamento.
Ciò può ridurre la variazione di temperatura tra le diverse aree del modulo e migliorare il bilancio termico complessivo.
Struttura meccanica affidabile
La piastra fredda utilizza la brasatura sotto vuoto con una lega di riempimento in argento-rame da 72Ag28Cu anziché con adesivi o lega per saldatura dolce.
Il risultato è un giunto completamente metallico con elevata resistenza strutturale e buona stabilità a lungo-termine.
In combinazione con i test di pressione, ciò fornisce ulteriore sicurezza per le applicazioni automobilistiche e industriali più impegnative.
Controlli di qualità tipici
Come parte del nostro processo di produzione standard, eseguiamo:
*Ispezione della planarità superficiale
*Ispezione della qualità dei bordi
*Test di pressione a 6 bar
*Registrazione della caduta di pressione
Per i clienti che richiedono una convalida aggiuntiva, possiamo anche organizzare test di cicli termici, test di vibrazione casuale, test di impulsi di pressione e altre valutazioni di affidabilità-specifiche dell'applicazione basate sull'ambiente operativo.
Sebbene le strutture delle alette interne ricevano spesso la massima attenzione, i processi finali di lavorazione e test sono altrettanto importanti.
In molte applicazioni di raffreddamento ad alta-potenza, l'affidabilità a lungo-termine dipende non solo dall'efficacia con cui il calore viene rimosso, ma anche dalla costanza delle prestazioni della piastra di raffreddamento dopo migliaia di ore di funzionamento.
