Kontrola kvality vakuově pájených měděných studených desek pro chlazení IGBT
V předchozích článcích jsme se zabývali vnitřním designem tohotovakuově pájená měděná studená deska, včetněsložená konstrukce ploutví, ofsetová struktura ploutvía důvody pro výběr čisté mědi a stříbra-slitiny pro tvrdé pájení mědi.
Účinná vnitřní průtoková cesta je však pouze částí řešení.
U IGBT modulů a dalších-elektronických zařízení s vysokým výkonem závisí konečný tepelný výkon také do značné míry na dvou faktorech, které jsou často přehlíženy:
* Rovinnost montážního povrchu
* Spolehlivost těsnění chladicího kanálu
I dobře{0}}navržená studená deska může ztratit výkon, pokud kontaktní plocha není dostatečně rovná nebo pokud pájená konstrukce nemůže odolat-dlouhodobému tlaku a tepelnému cyklování.
To je důvod, proč každá studená deska prochází před expedicí finálním opracováním a tlakovou zkouškou.
Proč provádíme řezání mouchy po vakuovém pájení
Běhemproces vakuového pájení,měděná sestava se zahřeje na vysokou teplotu a poté se ochladí zpět na pokojovou teplotu.
I když je proces pečlivě řízen, stále může dojít k malému zkreslení. V některých případech mohou na montážním povrchu také zůstat drobné zbytky pájení.
U mnoha mechanických dílů to nemusí být zásadní problém.
U studené desky IGBT však rovinnost povrchu přímo ovlivňuje tepelný odpor.
Pro obnovení montážní plochy provádíme po pájení letmým řezáním.
Letmé řezání je obráběcí proces, který využívá-jednobodový řezný nástroj k vytvoření velmi rovného povrchu na velké ploše.
Po letmém řezání kontrolujeme rovinnost montážní plochy s přesností 0,05 mm po celé kontaktní ploše. Omezujeme také výškový rozdíl mezi okrajem a středem povrchu na méně než 0,01 mm, abychom zajistili rovnoměrný kontaktní tlak při instalaci modulu IGBT.
Tyto hodnoty jsou založeny spíše na praktických vlastnostech materiálu tepelného rozhraní než na libovolných výrobních cílech.
Většina teplovodivých maziv a materiálů-s fázovou změnou dokáže kompenzovat malé povrchové mezery, ale jakmile se mezera příliš zvětší, zůstanou mezi modulem a chladicí deskou vzduchové kapsy. Protože vzduch je velmi špatný tepelný vodič, kontaktní tepelný odpor se výrazně zvyšuje. Výsledkem jsou vyšší teploty spojů a snížený chladicí výkon.
Proč je také důležitá rovinnost hran
Při diskusi o rovinnosti se mnoho lidí zaměřuje pouze na střed montážní plochy.
Ve skutečnosti jsou okrajové podmínky stejně důležité.
Pokud jsou okraje po obrobení zaoblené nebo o něco níže než střed, může se IGBT modul dotýkat pouze části povrchu studené desky.
To může vytvářet nerovnoměrné upínací síly a nerovnoměrný přenos tepla přes základní desku modulu.
Postupem času se mohou vyvinout lokalizovaná aktivní místa, zejména v aplikacích s vysokým{0}}výkonem.
Z tohoto důvodu při výrobě kontrolujeme jak celkovou rovinnost, tak kvalitu hran.
Cílem je zajistit, aby celý montážní povrch mohl po montáži dosáhnout rovnoměrného kontaktního tlaku.
Každá chladící deska je tlakově testována
Po dokončení obrábění je každá hotová studená deska před expedicí podrobena tlakové zkoušce. Test se provádí za použití suchého dusíku při tlaku 6 bar a tlak se udržuje po dobu 10 minut. Aby prošla kontrolou, musí pokles tlaku zůstat pod 0,05 bar po celou dobu testu, bez viditelného úniku a bez trvalé deformace konstrukce.
Tato zkouška ověřuje jak celistvost pájených spojů, tak pevnost celkové konstrukce.
Proč testujeme při 6 barech
Většina chladicích systémů EV pracuje při tlacích výrazně pod 6 barů.
Typický tlak chladicí smyčky je často kolem 1,5 až 2,5 baru během normálního provozu.
Testování při vyšším tlaku poskytuje další bezpečnostní rezervu pro skutečné{0}}podmínky světa, jako jsou:
* Kolísání tlaku během provozu
* Tepelná expanze a kontrakce
* Vibrace vozidla
* Dlouhodobé-stárnutí
Jinými slovy, chladící deska je testována nad rámec běžných pracovních podmínek, aby byl zajištěn spolehlivý výkon po celou dobu její životnosti.
U vakuově pájených sestav tlaková zkouška také potvrzuje, že vícevrstvé pájené spoje jsou plně utěsněny.
Proč tento design funguje dobře pro EV invertory
Trakční měniče generují značné teplo na relativně malé ploše.
Aby byl zachován výkon a spolehlivost, musí chladicí systém účinně odvádět teplo a zároveň udržovat rozložení teploty co nejrovnoměrnější.
K tomuto cíli přispívá několik vlastností této studené desky.
Schopnost vysokého tepelného toku
Čistá měď nabízí tepelnou vodivost přibližně 400 W/(m·K), což umožňuje rychlé šíření tepla ze základní desky IGBT do chladicí struktury.
Složená žebrová část zvětšuje vnitřní povrch, zatímco přesazená žebrová část podporuje silnější míchání chladicí kapaliny a turbulenci.
Společně pomáhají snižovat celkový tepelný odpor.
Jednotnější rozložení teploty
Středový-přítok a symetrická průtoková cesta pomáhají rovnoměrněji distribuovat chladicí kapalinu po chladicím povrchu.
To může snížit teplotní rozdíly mezi různými oblastmi modulu a zlepšit celkovou tepelnou rovnováhu.
Spolehlivá mechanická konstrukce
Studená deska používá vakuové pájení se stříbrnou-slitinou mědi 72Ag28Cu namísto lepidel nebo měkké pájky.
Výsledkem je plně kovový spoj s vysokou strukturální pevností a dobrou dlouhodobou-stabilitou.
V kombinaci s tlakovým testováním to poskytuje dodatečnou jistotu pro náročné automobilové a průmyslové aplikace.
Typické kontroly kvality
V rámci našeho standardního výrobního procesu provádíme:
* Kontrola rovinnosti povrchu
* Kontrola kvality hran
* Testování tlaku 6 barů
* Záznam poklesu tlaku
Pro zákazníky, kteří vyžadují dodatečné ověření, můžeme také zajistit testy tepelného cyklování, náhodné vibrační testy, tlakové pulzní testy a další aplikace-specifická hodnocení spolehlivosti na základě provozního prostředí.
Zatímco vnitřním žebrovým strukturám je často věnována největší pozornost, konečné obrábění a testovací procesy jsou stejně důležité.
V mnoha-chladicích aplikacích s vysokým výkonem nezávisí dlouhodobá spolehlivost-jen na tom, jak účinně je odváděno teplo, ale také na tom, jak konzistentně funguje chladicí deska po tisících provozních hodin.
