Модули IGBT и SiC в инверторах часто имеют мощность выше 200 Вт/см². Алюминиевая холодная пластина может с трудом распространять тепло достаточно быстро. Но даже холодная пластина из чистой меди выйдет из строя, если внутренние ребра не будут надежно соединены.
В этой статье объясняется, почему мы выбраливакуумная пайка с присадочным материалом 72% Ag – 28% Cuдля нашего медного водоблока и как он выдерживает испытание давлением 6 бар.
1. Проблема с мягким припоем или пайкой меди горелкой.
Мягкий припой (на основе олова и свинца):
Низкая теплопроводность (~60 Вт/(м·К)) создает узкое место в стыке.
Низкая температура плавления и плохое сопротивление ползучести – соединения ослабляются при термоциклировании.
Факельная (пламенная) пайка на воздухе:
Медь быстро окисляется при высокой температуре.
Оксидный слой предотвращает смачивание поверхности присадочным металлом, оставляя пустоты.
Неповторяемо для сложной геометрии сложенных ребер.
Оба метода приводят к утечкам или высокому термическому сопротивлению после нескольких месяцев пребывания в вибрирующей среде электромобиля.
2. Почемувакуумная пайкаотличается
Мы используем вакуумную печь с давлением ниже 10⁻³ Па.
Нет кислорода → нет оксида меди → присадочный металл смачивает каждую поверхность.
Равномерное распределение тепла → минимальная деформация тонких ребер.
Паяные соединения чистые, блестящие и однородные от партии к партии.
3. Почему присадочный металл 72Ag28Cu (серебро-медь)?
Это околоэвтектический сплав (плавится при температуре около 780 градусов). Он превосходит другие наполнители для узлов из чистой меди:
* Теплопроводность ≈ 380 Вт/(м·К)– очень близко к чистой меди. Паяное соединение не становится горячей точкой.
* Превосходное смачивание меди– расплавленный 72Ag28Cu затекает в зазоры толщиной до 0,05 мм, полностью заполняя основание сложенных ребер.
* Высокая прочность суставов.– прочность на разрыв 300–400 МПа, что значительно выше, чем у мягкого припоя. Это позволяет холодной пластине выдерживать давление 6 Бар без деформации.
* Гальваническая совместимость– серебро и медь имеют одинаковый электродный потенциал в водно-гликолевой охлаждающей жидкости, поэтому ускоренная коррозия отсутствует.
4.Как мы наносим четыре слоя припоя – в соответствии с пятислойным слоем
Наш водоблок – это не простая коробка. Он построен изпять медных слоев(снизу вверх):
-Опорная пластина
-Разделительная пластина (отделяет ребра, расположенные в шахматном порядке, от сложенных ребер)
-Крышка (корпус)
Междукаждая соседняя параиз этих слоев укладываем лист припоя 72Аг28Си. Это означаетчетыре слоя присадочного металлавсего. Тогда весь стеквакуумная пайказа один цикл.
Во время пайки расплавленный наполнитель смачивает обе поверхности каждого слоя и полностью герметизирует каждую границу раздела. Этот метод создает прочное, герметичное соединение между всеми внутренними перегородками, включая зону со сложенными ребрами, зону с шахматным расположением ребер и обратный канал. Для каждого набора ребер не требуется отдельный этап пайки.
5. Проверка: испытание давлением 6 бар, 10 минут.
Каждая готовая холодная пластина тестируется сухим азотом при6 Бар (600 кПа)на 10 минут.
Допустимый перепад давления: < 0,05 бар.
Никакой остаточной деформации не видно и не поддается измерению.
Почему 6бар?
Типичная система охлаждения электромобиля работает при давлении 1,5–2,5 бар.. 6Бар обеспечивает 2–3-кратный запас прочности – этого достаточно, чтобы выдержать гидравлический удар, перепады высоты и длительное старение.
Прохождение этого испытания доказывает, что соединения, выполненные вакуумной пайкой, действительно герметичны, а медная конструкция способна выдерживать внутреннее давление.
Резюме и следующие шаги
Чистая медьхолодная тарелкареализует свой тепловой потенциал только тогда, когдакаждое соединение надежно. Вакуумная пайка с присадочным металлом 72Ag28Cu (нанесенным в четыре слоя) обеспечивает высокую теплопроводность, механическую прочность и герметичность сборки, выдерживающую испытания под давлением 6 бар.
Подробную информацию о конструкции пути потока — как мы используем сложенные и расположенные в шахматном порядке ребра для отвода тепла — читайте в нашей второй статье:
Складной плавник и шахматный плавник: конструкция с потоком жидкостной пластины
