Výběr chladičů a jejich mechanické vlastnosti

Při hledání vhodného prvku pro efektivní chlazení elektronických součástek nacházejí velmi často uplatnění protlačované aluminiové chladiče. Kromě tepelně technických požadavků, by měl být stále brán zřetel i na mechanická kritéria.

Bezvadná funkce a především dlouhodobá životnost elektronických zařízení spočívá především na efektivním řízení teploty součástek. Jejich chlazení a fyzikální vztahy jsou dostatečně známy a podrobně popsány v literatuře. Chladič je nejznámější a nejpoužívanější součástka určená k chlazení elektroniky, je to mechanický díl, tepelně vodivě spojený s chlazenými elektronickými elementy. V souladu s druhou hlavní větou zákona termodynamiky, k proudění tepla dochází vždy ve směru nižší teploty, tj. z teplejší do chladnější části tělesa. Snižování teploty a s tím i odebírání tepelné energie z chlazené součástky se uskutečňuje na principu zvětšení chladicí plochy, která přichází do styku s okolním vzduchem. V závislosti na aplikaci a množství tepla zajišťuje chladič pomocí samovolného proudění nebo nuceného proudění (použití doplňkového ventilátoru) dobrý odběr tepla v rámci odpovídající koncepce. Nehledě na tepelné požadavky jsme nuceni přihlédnout i na mechanická zadání. Vhodný chladič a jeho mechanické zpracování pro optimální tepelně vodivou montáž součástek má významnou úlohu především v oblasti bezpečné funkce polovodičů. Optimální přenos tepla je vždy velmi důležitý a měl by být respektován.

Vliv na optimální přenos tepla podmíněný výrobními podmínkami

Různé způsoby výroby chladičů mají nezanedbatelný vliv na vytváření jejich geometrického profilu a tím i na dokonalost mechanického kontaktu s chlazenou součástkou. Odchylky od tolerancí při výrobě tzv. „Board Level“ jsou výrazně menší v případě ohýbaných chladičů vystřihovaných z aluminiových nebo měděných desek než v případě lisovaných profilů (obr. 1).

Obr. 1

Pro vytvoření montážní plochy s vyhovujícím přechodem tepla (rovinnost pod 0,1 mm) často postačí úprava nastavení technických parametrů stroje. Pokud toto seřízení nemá požadovaný efekt, nabízí se poměrně jednoduchá úprava nástroje. Přísné sledování dodržování tolerancí zajišťuje tvoření ploch pro optimální přenos tepla mezi komponenty a chladičem, což je základním předpokladem pro jejich spolehlivou funkci.

Mechanická kritéria a tolerance pro lisované profily (Extrusionsprofile) je nutné zohlednit zejména při návrhu designu a výrobní proces nastavit tak, aby byly dosaženy tolerance v souladu s mezinárodními standardy. Přitom chladič je v zařízení prvkem, na který je nutno pohlížet v souvislosti s ostatními zabudovanými součástkami.

Lisovací proces výroby chladičů spočívá v protlačování tzv. tvářených slitin (v tomto případě aluminia) ohřátých do pastovité formy ocelovou matricí. Dosažená geometrie je negativním obrazem matrice.