I moduli IGBT e SiC negli inverter spesso funzionano sopra i 200 W/cm². Una piastra fredda in alluminio può avere difficoltà a diffondere il calore abbastanza velocemente. Ma anche una piastra fredda in rame puro fallirà se le alette interne non sono unite in modo affidabile.
Questo articolo spiega perché abbiamo sceltobrasatura sotto vuoto con metallo d'apporto 72%Ag – 28%Cuper il nostro blocco dell'acqua in rame e come sopravvive a un test di pressione a 6 bar.
1. Il problema della saldatura dolce o della brasatura a cannello sul rame
Saldatura dolce (a base di stagno e piombo):
La bassa conduttività termica (~60 W/(m·K)) crea un collo di bottiglia nel giunto.
Basso punto di fusione e scarsa resistenza al creep: i giunti si allentano sotto il ciclo termico.
Brasatura a cannello (fiamma) in aria:
Il rame si ossida rapidamente ad alta temperatura.
Lo strato di ossido impedisce al metallo d'apporto di bagnare la superficie, lasciando vuoti.
Non ripetibile per geometrie complesse con alette piegate.
Entrambi i metodi portano a perdite o ad elevata resistenza termica dopo mesi in un ambiente vibrante per veicoli elettrici.
2. Perchébrasatura sotto vuotoè diverso
Utilizziamo un forno a vuoto con pressione inferiore a 10⁻³ Pa.
Nessun ossigeno → nessun ossido di rame → il metallo d'apporto bagna ogni superficie.
Distribuzione uniforme del calore → distorsione minima delle alette sottili.
I giunti brasati sono puliti, lucenti e uniformi da lotto a lotto.
3. Perché il metallo d'apporto 72Ag28Cu (argento-rame)?
Questa è una lega quasi eutettica (fonde a circa 780 gradi). Supera le prestazioni degli altri riempitivi per assemblaggi in rame puro:
* Conducibilità termica ≈ 380 W/(m·K)– molto vicino al rame puro. Il giunto brasato non diventa un punto caldo.
* Eccellente bagnabilità su rame– il 72Ag28Cu fuso scorre in spazi stretti fino a 0,05 mm, riempiendo completamente la radice delle alette piegate.
* Elevata resistenza articolare– resistenza alla trazione 300–400 MPa, molto superiore alla lega per saldatura dolce. Ciò consente alla piastra fredda di mantenere una pressione di 6 bar senza deformazioni.
*Compatibilità galvanica– L'argento e il rame hanno un potenziale dell'elettrodo simile nel refrigerante con acqua e glicole, quindi nessuna corrosione accelerata.
4.Come applichiamo quattro strati di materiale d'apporto per brasatura, corrispondenti alla pila di cinque strati
Il nostro blocco dell'acqua non è una semplice scatola. È costruito dacinque strati di rame(dal basso verso l'alto):
-Piastra di base
-Strato di alette offset lanceolate
-Piastra di separazione (separa le alette sfalsate dalle alette piegate)
-Copertura (alloggiamento)
Fraciascuna coppia adiacentesu questi strati posizioniamo un foglio di materiale d'apporto per brasatura 72Ag28Cu. Ciò significaquattro strati di metallo d'apportoin totale. L'intero stack è quindibrasato sotto vuotoin un ciclo.
Durante la brasatura, il riempitivo fuso bagna entrambe le superfici di ciascuno strato e sigilla completamente ogni interfaccia. Questo metodo crea un legame forte e a tenuta stagna su tutte le partizioni interne, compresa la zona delle alette piegate, la zona delle alette sfalsate e il canale di ritorno. Non è necessaria alcuna fase di brasatura separata per ciascun set di alette.
5. Convalida: test di pressione a 6 bar, 10 minuti
Ogni piastra fredda finita viene testata con azoto secco a6 bar (600 kPa)per 10 minuti.
Caduta di pressione accettabile: < 0,05 Bar
Nessuna deformazione permanente visibile o misurabile.
Perchè 6Bar?
Il tipico sistema di raffreddamento di un veicolo elettrico funziona a 1,5–2,5 bar. 6Bar offre un margine di sicurezza 2–3 volte superiore, sufficiente per sopravvivere ai colpi d'ariete, ai cambiamenti di altitudine e all'invecchiamento a lungo termine.
Il superamento di questo test dimostra che i giunti brasati sotto vuoto sono veramente a tenuta stagna e che la struttura in rame può resistere alla pressione interna.
Riepilogo e passaggi successivi
Un rame puropiatto freddofornisce il suo potenziale termico solo quandoogni giunto è affidabile. La brasatura sotto vuoto con metallo d'apporto 72Ag28Cu (applicato in quattro strati) garantisce un'elevata conduttività termica, resistenza meccanica e un gruppo a tenuta stagna che supera il test a 6 bar.
Per una progettazione dettagliata del percorso del flusso – come utilizziamo le alette piegate e sfalsate per estrarre il calore – leggi il nostro secondo articolo:
Aletta piegata vs aletta sfalsata: design del flusso della piastra fredda per liquidi
