Guide complet des processus de soudage pour dissipateur thermique
Le soudage est un élément crucial de la fabrication du dissipateur thermique, car il détermine directement la résistance structurelle, l'efficacité de la conductivité thermique et la durée de vie du dissipateur thermique. Qu'il s'agisse de la plaque de refroidissement liquide de la batterie pour les véhicules à énergie nouvelle ou du radiateur du processeur pour les ordinateurs, le processus de connexion derrière eux repose tous sur le soudage.
Ci-dessous, je présenterai six des procédés de soudage de dissipateurs thermiques les plus courants pour vous aider à bien comprendre leurs principes, leurs avantages et leurs scénarios applicables.
1. Brasage sous vide
Principe:
Placez la pièce assemblée dans un four à vide, extrayez l'air pour atteindre un état de vide poussé, puis chauffez-la pour faire fondre le matériau de brasage et remplir l'espace de soudure par action capillaire. Après refroidissement, une connexion solide est formée.
Caractéristiques:
* Le soudage est effectué dans un environnement sous vide poussé (avec un degré de vide allant jusqu'à 10 ⁻ Pa) sans avoir besoin de flux chimique, et le cordon de soudure est très propre.
* Après la fusion, le matériau de brasage peut remplir des canaux étroits complexes, ce qui le rend très approprié pour les dissipateurs thermiques dotés de structures de panneaux multi-canaux et multi-couches.
* Plusieurs composants peuvent être soudés en même temps, ce qui permet d'obtenir une production par lots très efficace dans le même four.
Avantages :
* Le chauffage global est uniforme, avec une faible contrainte thermique et une déformation de soudage minimale
* Pas besoin de flux de soudure, le produit a une bonne résistance à la corrosion
* Rendement de soudage élevé et cordon de soudure dense
Inconvénients :
* Investissement élevé en équipement et fonctionnement du processus difficile
* Consommation d'énergie élevée et long cycle de four unique
Applications typiques :plaque de refroidissement liquide pour batterie de véhicule à énergie nouvelle,-dissipateur thermique pour serveur haut de gamme, échangeur thermique pour l'aérospatiale, etc.
Résumé : Le brasage sous vide convient aux produits de dissipateurs thermiques de haute-précision, résistants aux hautes pressions et à grande-échelle, et constitue le choix courant dans les domaines des nouvelles énergies et de l'électronique haut de gamme-.
2. Soudage à l'arc sous argon
Principe : En utilisant une électrode en tungstène comme électrode, un arc est généré sous protection argon pour faire fondre localement le matériau de base et former un cordon de soudure. Il appartient à un type de soudage par fusion.
Caractéristiques:
* L'argon, en tant que gaz inerte, peut isoler efficacement l'air et empêcher l'oxydation pendant le processus de soudage.
* Le joint de soudure est lisse et dense, sans défauts tels que inclusion de laitier ou porosité
Avantages :
* Haute résistance au soudage et bonne résistance à la compression
* Convient au soudage de matériaux tels que l'acier inoxydable et l'alliage d'aluminium
* Fonctionnement flexible, adapté aux pièces de différentes formes
Inconvénients :
* L'apport de chaleur de soudage est important et les-pièces à parois minces sont sujettes à la déformation.
* La capacité de transport de courant de l'électrode en tungstène est limitée et il est facile de provoquer la fusion et l'évaporation de l'électrode en tungstène sous un courant élevé, ce qui peut contaminer le cordon de soudure.
* Le coût du gaz argon est relativement élevé
Applications typiques : soudage de produits industrielsdissipateurs de chaleur, acier inoxydabledissipateur de chaleurnoyaux, etc.
Résumé : Le soudage à l'arc sous argon présente une résistance élevée mais un impact thermique important, ce qui le rend adapté aux radiateurs à dissipateur thermique à plaques d'épaisseur moyenne qui nécessitent une résistance élevée et sont moins sensibles à la déformation.
3. Soudage laser
Principe : Utilisation d'un faisceau laser à haute-densité d'énergie pour irradier la surface de la pièce, convertissant l'énergie lumineuse en énergie thermique, obtenant ainsi une fusion et une connexion rapides locales.
Caractéristiques:
* Le faisceau laser peut être focalisé au niveau micrométrique, avec une densité d'énergie extrêmement élevée et une vitesse de soudage rapide
* La zone affectée par la chaleur est très petite (généralement moins de 1 mm) et n'affecte pratiquement pas les propriétés des matériaux environnants.
Avantages :
* Haute précision de soudage, capable de réaliser des soudures ultra-fines (niveau micrométrique), adaptées au soudage de cavités ultra-fines.
* Excellentes performances d'étanchéité et belle soudure
* Intégration facile à automatiser, adaptée à la production-à grande échelle
* Convient au soudage de microdispositifs de précision
Inconvénients :
* Coût d'investissement en équipement élevé
* Le pouvoir de pénétration n’est pas aussi bon que le soudage par faisceau d’électrons.
* Exigences de haute précision pour l'assemblage des pièces à souder
Applications typiques : Dispositifs de dissipation thermique haut de gamme tels queDissipateurs thermiques à plaques de dissipation thermique VC, micro-dissipateurs thermiques pour appareils électroniques grand public, modules de dissipation thermique pour serveurs, etc.
Résumé:Soudage laseroffre une haute précision et un impact thermique minimal. Il s'agit actuellement de la technologie de connexion la plus courante pour les appareils compacts-haut de gamme.dissipateurs de chaleur.
4. Soudage haute fréquence
Principe : En utilisant l'effet de peau et l'effet de proximité d'un courant à haute fréquence- (généralement de 10 à 500 kHz), le métal est instantanément chauffé localement jusqu'à un état fondu ou plastique, et le soudage est effectué sous pression.
Caractéristiques:
* Le chauffage par induction à haute fréquence a une vitesse de chauffage rapide et peut atteindre la température de brasage à l'argent (environ 720 degrés) en 3 à 8 secondes.
* Combiné avec des bobines d'induction personnalisées, un chauffage local précis peut être obtenu et la zone affectée par la chaleur peut être contrôlée dans un rayon de 3 mm.
Avantages :
* Vitesse de soudage rapide et efficacité de production élevée
* Chauffage localisé, petite zone affectée par la chaleur, impact minimal sur les matériaux environnants
* Convient aux raccords de tuyauterie à paroi mince-et à la production par soudage continu.
Inconvénients :
* Investissement élevé en équipement
* Les bobines d'induction doivent être personnalisées pour des produits spécifiques, et différents produits nécessitent des bobines différentes
* Il existe certaines restrictions sur la forme de la pièce
Applications typiques : tubes à ailettes soudés à haute fréquence-dissipateur de chaleur, etc.
Résumé : Le soudage à haute fréquence présente une vitesse rapide et un chauffage local précis, ce qui le rend particulièrement adapté à la production continue de composants de dissipation thermique tels que les tubes à ailettes.
5. Soudage par friction-malaxage (FSW)
Principe : En utilisant une tête de mélange rotative à grande vitesse-à insérer dans le joint de la pièce, de la chaleur est générée par friction pour provoquer une déformation plastique du matériau. Sous la compression de la tête de mélange, une soudure dense en phase solide - se forme et le matériau de base ne fond pas.
Caractéristiques:
* Appartenant au soudage à l'état solide-, le matériau de base ne fond pas pendant le processus de soudage, évitant ainsi les défauts de soudage par fusion tels que les pores et les fissures.
* La granulométrie du cordon de soudure est petite et ses performances sont proches, voire meilleures, de celles du métal de base
Avantages :
* Haute qualité de soudage, bonne densité de soudure, performances exceptionnelles en matière de résistance à la fatigue et à la corrosion
* Pas besoin de fil à souder, pas besoin de gaz protecteur, pas besoin de retirer le film d'oxyde avant le soudage
* Économie d'énergie et respectueux de l'environnement, sans pollution par la fumée et la poussière
* Quantité de déformation contrôlable, capable de réaliser un traitement plat à petite marge
Inconvénients :
* Ne peut effectuer que du soudage linéaire (couture droite unidirectionnelle), ne peut pas souder des courbes complexes
* Les exigences en matière de luminaires et de gabarits sont élevées et le coût d'investissement est élevé.
* Le point final du cordon de soudure laissera des trous de processus qui nécessiteront un traitement supplémentaire.
* Vitesse de soudage lente et efficacité de production relativement faible
Applications typiques : haute-puissanceassiettes-refroidies à l'eau, radiateurs de radiateurs de convertisseur d'énergie éolienne, Dissipateurs thermiques IGBT, dissipateurs thermiques laser, contrôleurs de moteur, etc.
Résumé:Soudage par friction malaxagea une qualité de soudure élevée, ne nécessite pas de matériaux de remplissage et convient àassiettes-refroidies à l'eauet des radiateurs à dissipateurs thermiques électroniques de puissance avec des exigences de fiabilité élevées.
6. Soudure
Principe : En utilisant un matériau de brasage à base d'étain avec un point de fusion inférieur à celui du métal de base (180-280 degrés), le matériau de brasage est fondu et rempli dans l'espace de soudure par chauffage, puis refroidi pour former une connexion.
Caractéristiques:
* La température de soudage est relativement basse, bien inférieure à celle du brasage et du soudage par fusion, et la déformation du dissipateur thermique est faible. Les propriétés mécaniques du support ne sont pas affectées.
* La conductivité thermique de la soudure à l'étain est d'environ 35 à 70 W/(m · K).
Avantages :
* Faible température de soudage, faible contrainte thermique, convient aux structures à parois minces-et aux structures de précision.
* Fonctionnement relativement simple et faible coût
* Adapté aux scénarios de production et de maintenance-à petite échelle
Inconvénients :
* La conductivité thermique des joints soudés est faible et il existe un problème de résistance thermique d'interface
* Facile à avoir des trous d'aération, ne convient pas aux grands radiateurs à dissipateur thermique.
* La soudure peut ramollir dans des environnements à haute température, ce qui entraîne une mauvaise fiabilité à long terme.-
Applications typiques : dissipateurs thermiques électroniques traditionnels (petits),Lumières LED, dissipateurs thermiques intégrés dans des caloducs, etc.
Résumé : La température de soudure est basse et la déformation est faible, ce qui convient à la production de dissipateurs thermiques de petite taille-et à faible coût-, mais ne convient pas aux scénarios de grande taille-et à haute fiabilité.
7. Comment choisir le procédé de soudage approprié ?
Lors du choix d’un procédé de soudage, il est recommandé de prendre en compte globalement les dimensions suivantes :
1. Exigences de précision du produit : le soudage au laser est préféré pour les micro-dissipateurs thermiques de précision ;Brasage sous videousoudage par friction malaxagepeut être envisagé pour les radiateurs à dissipateurs thermiques de taille moyenne et grande.
2. Combinaison de matériaux : Large gamme d’options de soudage pour le même métal ;Soudage par friction malaxageest recommandé pour le soudage de métaux différents en cuivre et en aluminium.
3. Lot de production : pour les produits standardisés à grande échelle-, la priorité est donnéebrasage sous videou soudage au four tunnel ; Les produits personnalisés en petits lots peuvent envisager le soudage à l’arc sous argon ou le soudage au laser.
4. Budget des coûts : Processus haut de gamme (soudage au laser, brasage sous vide) conviennent aux produits-à forte valeur ajoutée ; Le brasage et le soudage à l’arc sous argon conviennent aux produits sensibles au coût.
5. Complexité structurelle : donner la priorité au brasage ou au brasage sous vide pour les canaux d'écoulement complexes et les structures multi- ; Les soudures linéaires simples peuvent envisager le soudage par friction malaxage.
8. Conclusion
Différents procédés de soudage ont leurs propres avantages, il n'y a pas de « meilleur » absolu, seulement « le plus approprié ». Si votre produit nécessite une précision et une efficacité de dissipation thermique extrêmement élevées,soudage au laseretbrasage sous videméritent d’être prioritaires ; Si vous recherchez une fiabilité et une qualité de soudure élevées,soudage par friction malaxageest une bonne direction.
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