Οι μονάδες IGBT και SiC σε μετατροπείς λειτουργούν συχνά πάνω από 200 W/cm². Μια ψυχρή πλάκα αλουμινίου μπορεί να δυσκολευτεί να διαδώσει τη θερμότητα αρκετά γρήγορα. Αλλά ακόμη και μια ψυχρή πλάκα από καθαρό χαλκό θα αποτύχει εάν τα εσωτερικά πτερύγια δεν ενωθούν αξιόπιστα.
Αυτό το άρθρο εξηγεί γιατί επιλέξαμεσυγκόλληση κενού με μέταλλο πλήρωσης 72%Ag – 28%Cuγια το χάλκινο μπλοκ νερού μας και πώς επιβιώνει σε μια δοκιμή πίεσης 6 Bar.
1. Το πρόβλημα με τη μαλακή συγκόλληση ή τη συγκόλληση με φακό σε χαλκό
Μαλακή συγκόλληση (με βάση κασσίτερου μολύβδου):
Η χαμηλή θερμική αγωγιμότητα (~60 W/(m·K)) δημιουργεί εμπόδιο στην άρθρωση.
Χαμηλό σημείο τήξης και κακή αντίσταση ερπυσμού – οι αρμοί χαλαρώνουν κατά τη θερμική ανακύκλωση.
Δάδα (φλόγα) συγκόλληση στον αέρα:
Ο χαλκός οξειδώνεται γρήγορα σε υψηλή θερμοκρασία.
Το στρώμα οξειδίου εμποδίζει το μέταλλο πλήρωσης να βρέξει την επιφάνεια, αφήνοντας κενά.
Δεν επαναλαμβάνεται για σύνθετες γεωμετρίες με διπλωμένα πτερύγια.
Και οι δύο μέθοδοι οδηγούν σε διαρροές ή υψηλή θερμική αντίσταση μετά από μήνες σε ένα δονούμενο περιβάλλον EV.
2. Γιατίσυγκόλληση υπό κενόείναι διαφορετικό
Χρησιμοποιούμε φούρνο κενού με πίεση κάτω από 10-3 Pa.
Χωρίς οξυγόνο → χωρίς οξείδιο του χαλκού → μέταλλο πλήρωσης βρέχει κάθε επιφάνεια.
Ομοιόμορφη κατανομή θερμότητας → ελάχιστη παραμόρφωση των λεπτών πτερυγίων.
Οι αρμοί Braze είναι καθαροί, γυαλιστεροί και συνεπείς από παρτίδα σε παρτίδα.
3. Γιατί 72Ag28Cu (ασήμι-χαλκός) πληρωτικό μέταλλο;
Αυτό είναι ένα σχεδόν ευτηκτικό κράμα (λιώνει γύρω στους 780 βαθμούς). Έχει καλύτερη απόδοση από άλλα πληρωτικά για συγκροτήματα καθαρού χαλκού:
* Θερμική αγωγιμότητα ≈ 380 W/(m·K)– πολύ κοντά στον καθαρό χαλκό. Η συγκολλημένη άρθρωση δεν γίνεται hot spot.
* Εξαιρετική διαβροχή στον χαλκό– Το λιωμένο 72Ag28Cu ρέει σε κενά τόσο σφιχτά όσο 0,05 mm, γεμίζοντας πλήρως τη ρίζα των διπλωμένων πτερυγίων.
* Υψηλή αντοχή στην άρθρωση– αντοχή σε εφελκυσμό 300–400 MPa, πολύ υψηλότερη από τη μαλακή συγκόλληση. Αυτό επιτρέπει στην ψυχρή πλάκα να διατηρεί πίεση 6 Bar χωρίς παραμόρφωση.
* Γαλβανική συμβατότητα– ο άργυρος και ο χαλκός έχουν παρόμοιο δυναμικό ηλεκτροδίου στο ψυκτικό υγρό γλυκόλης-νερού, επομένως δεν υπάρχει επιταχυνόμενη διάβρωση.
4.Πώς εφαρμόζουμε τέσσερις στρώσεις πλήρωσης μπραζέ – ταιριάζουν με τη στοίβα πέντε στρώσεων
Το μπλοκ νερού μας δεν είναι ένα απλό κουτί. Είναι χτισμένο απόπέντε στρώματα χαλκού(από κάτω προς τα πάνω):
-Βάση
-Lanced Offset στρώμα πτερυγίων
-Πλάκα διαχωρισμού (διαχωρίζει τα κλιμακωτά πτερύγια από τα διπλωμένα πτερύγια)
-Κάλυμμα (στέγασμα)
Μεταξύκάθε διπλανό ζευγάριαπό αυτές τις στρώσεις τοποθετούμε ένα φύλλο 72Ag28Cu μπρούντζο πληρωτικό. Αυτό σημαίνειτέσσερις στρώσεις μετάλλου πλήρωσηςσυνολικά. Ολόκληρη η στοίβα είναι τότεσυγκόλληση κενούσε έναν κύκλο.
Κατά τη συγκόλληση, το λιωμένο πληρωτικό διαβρέχει και τις δύο επιφάνειες κάθε στρώματος και σφραγίζει πλήρως κάθε διεπαφή. Αυτή η μέθοδος δημιουργεί έναν ισχυρό, στεγανό δεσμό σε όλα τα εσωτερικά διαμερίσματα – συμπεριλαμβανομένης της ζώνης διπλωμένου πτερυγίου, της ζώνης κλιμακωτού πτερυγίου και του καναλιού επιστροφής. Δεν απαιτείται ξεχωριστό βήμα συγκόλλησης για κάθε σετ πτερυγίων.
5. Επικύρωση: Δοκιμή πίεσης 6 Bar, 10 λεπτά
Κάθε τελειωμένη ψυχρή πλάκα δοκιμάζεται με ξηρό άζωτο στο6 Μπαρ (600 kPa)για 10 λεπτά.
Αποδεκτή πτώση πίεσης: < 0,05 Bar
Καμία μόνιμη παραμόρφωση ορατή ή μετρήσιμη.
Γιατί 6Bar;
Το τυπικό σύστημα ψύξης EV λειτουργεί στα 1,5–2,5 Bar. 6Η ράβδος παρέχει περιθώριο ασφαλείας 2–3 φορές – αρκετό για να επιβιώσει από το νερό, τις αλλαγές υψομέτρου και τη μακροπρόθεσμη γήρανση.
Η επιτυχία αυτής της δοκιμής αποδεικνύει ότι οι σύνδεσμοι με συγκόλληση κενού είναι πραγματικά στεγανοί και ότι η χάλκινη δομή μπορεί να αντέξει την εσωτερική πίεση.
Περίληψη και επόμενα βήματα
Ένας καθαρός χαλκόςκρύο πιάτοαποδίδει το θερμικό του δυναμικό μόνο ότανκάθε άρθρωση είναι αξιόπιστη. Η συγκόλληση σε κενό με πληρωτικό μέταλλο 72Ag28Cu (εφαρμόζεται σε τέσσερις στρώσεις) μας προσφέρει υψηλή θερμική αγωγιμότητα, μηχανική αντοχή και στεγανό συγκρότημα που περνά τη δοκιμή 6 Bar.
Για λεπτομερή σχεδιασμό διαδρομής ροής – πώς χρησιμοποιούμε διπλωμένα πτερύγια και κλιμακωτά πτερύγια για την εξαγωγή θερμότητας – διαβάστε το δεύτερο άρθρο μας:
Πτερύγιο διπλωμένο έναντι Πτερύγιου εκ περιτροπής: Σχεδιασμός ροής υγρού ψυχρού πλακιδίου
