Kvalitetskontroll av vakuumlödda kopparkylplattor för IGBT-kylning
I de tidigare artiklarna diskuterade vi den interna utformningen av dettavakuumlödd koppar kallplåt, inklusivevikt fenstruktur, offset fenstruktur, och skälen till att välja ren koppar och silver-kopparlödningslegering.
Att ha en effektiv intern flödesväg är dock bara en del av lösningen.
För IGBT-moduler och andra elektroniska-enheter med hög effekt beror den slutliga termiska prestandan också mycket på två faktorer som ofta förbises:
* Monteringsytans planhet
* Kylkanalens tätningstillförlitlighet
Även en väl-konstruerad kallplatta kan förlora prestanda om kontaktytan inte är tillräckligt plan eller om den lödda strukturen inte tål långtidstryck och termisk cykling.
Det är därför varje kall plåt genomgår slutlig bearbetning och trycktestning före leverans.
Varför vi utför flugskärning efter vakuumlödning
Undervakuumlödningsprocess,kopparaggregatet värms till en hög temperatur och kyls sedan tillbaka till rumstemperatur.
Även om processen är noggrant kontrollerad, kan små mängder förvrängning fortfarande förekomma. I vissa fall kan även mindre hårdlödningsrester finnas kvar på monteringsytan.
För många mekaniska delar kanske detta inte är ett stort problem.
För en IGBT-köldplåt påverkar ytans planhet direkt värmemotståndet.
För att återställa monteringsytan utför vi flugkapning efter lödning.
Flugskärning är en bearbetningsprocess som använder ett enda-skärverktyg för att skapa en mycket plan yta över ett stort område.
Efter flugkapning kontrollerar vi monteringsytans planhet till inom 0,05 mm över hela kontaktytan. Vi begränsar även höjdskillnaden mellan kanten och mitten av ytan till mindre än 0,01 mm för att säkerställa ett jämnt kontakttryck när IGBT-modulen är installerad.
Dessa värden är baserade på praktiska termiska gränssnittsmaterialprestanda snarare än godtyckliga tillverkningsmål.
De flesta termiska fett- och-fasbytesmaterial kan kompensera för små ytgap, men när gapet blir för stort finns luftfickor kvar mellan modulen och den kalla plattan. Eftersom luft är en mycket dålig värmeledare, ökar kontaktvärmemotståndet avsevärt. Resultatet är högre korsningstemperaturer och minskad kylprestanda.
Varför kantplanhet också är viktigt
När man diskuterar planhet fokuserar många bara på mitten av monteringsytan.
I verkligheten är kantförhållandena lika viktiga.
Om kanterna är rundade eller något lägre än mitten efter bearbetning får IGBT-modulen endast komma i kontakt med en del av den kalla plattans yta.
Detta kan skapa ojämna klämkrafter och ojämn värmeöverföring över modulens bottenplatta.
Med tiden kan lokala hotspots utvecklas, särskilt i hög-applikationer.
Av denna anledning inspekterar vi både övergripande planhet och kantkvalitet under produktionen.
Målet är att säkerställa att hela monteringsytan kan uppnå ett jämnt kontakttryck efter montering.
Varje kall tallrik är trycktestad
Efter att bearbetningen är klar genomgår varje färdig kall plåt ett trycktest före leverans. Testet utförs med användning av torrt kväve vid ett tryck av 6 bar, och trycket hålls i 10 minuter. För att klara inspektionen måste tryckfallet förbli under 0,05 bar under hela testet, utan synligt läckage och ingen permanent deformation av strukturen.
Detta test verifierar både integriteten hos de lödda lederna och styrkan hos den övergripande strukturen.
Varför vi testar på 6 Bar
De flesta EV-kylsystem arbetar vid tryck som är betydligt under 6 bar.
Typiskt tryck i kylvätskekretsen är ofta runt 1,5 till 2,5 bar under normal drift.
Att testa vid ett högre tryck ger ytterligare säkerhetsmarginal för verkliga-förhållanden som:
* Tryckfluktuationer under drift
* Termisk expansion och sammandragning
* Fordonsvibrationer
* Lång-åldrande
Med andra ord är den kalla plattan testad utöver normala arbetsförhållanden för att säkerställa tillförlitlig prestanda under hela dess livslängd.
För vakuumlödda sammansättningar bekräftar trycktestet också att de flerskiktslödda fogarna är helt täta.
Varför den här designen fungerar bra för EV-växelriktare
Traktionsomriktare genererar betydande värme inom ett relativt litet område.
För att upprätthålla prestanda och tillförlitlighet måste kylsystemet avlägsna värme effektivt samtidigt som temperaturfördelningen hålls så jämn som möjligt.
Flera funktioner hos denna kalla tallrik bidrar till det målet.
Hög värmeflödeskapacitet
Ren koppar ger en värmeledningsförmåga på cirka 400 W/(m·K), vilket gör att värmen snabbt sprids från IGBT-basplattan in i kylstrukturen.
Den vikta fensektionen ökar den inre ytan, medan den förskjutna fensektionen främjar starkare kylvätskeblandning och turbulens.
Tillsammans bidrar de till att minska den totala termiska resistansen.
Mer enhetlig temperaturfördelning
Det centrala-matade inloppet och den symmetriska flödesbanan hjälper till att fördela kylvätskan jämnare över kylytan.
Detta kan minska temperaturvariationerna mellan olika delar av modulen och förbättra den totala termiska balansen.
Pålitlig mekanisk struktur
Den kalla plattan använder vakuumlödning med en 72Ag28Cu silver-fyllmedelslegering av koppar istället för lim eller mjuklod.
Resultatet är en helt metallisk fog med hög strukturell styrka och god-långtidsstabilitet.
I kombination med trycktestning ger detta ytterligare självförtroende för krävande fordons- och industriapplikationer.
Typiska kvalitetskontroller
Som en del av vår standardproduktionsprocess utför vi:
*Inspektion av ytplanhet
*Kantkvalitetskontroll
*6 Bar tryckprovning
*Tryckfallsinspelning
För kunder som behöver ytterligare validering kan vi även ordna termiska cyklingstester, slumpmässiga vibrationstestning, tryckpulstestning och andra applikationsspecifika tillförlitlighetsutvärderingar baserat på driftsmiljön.
Medan interna fenstrukturer ofta får mest uppmärksamhet, är de slutliga bearbetnings- och testprocesserna lika viktiga.
I många applikationer för hög-effektkylning beror tillförlitligheten på lång sikt inte bara på hur effektivt värmen avlägsnas, utan också på hur konsekvent kylplattan presterar efter tusentals drifttimmar.
