Критически важным препятствием в охлаждении силовых агрегатов электромобилей является контактное тепловое сопротивление. Оно препятствует эффективной передаче тепла через основные структурные слои, задерживая микропористую воздушную изоляцию. Усовершенствованная плазменная обработка поверхности устраняет это препятствие, повышая поверхностную энергию подложки до более чем 72 мН/м, что обеспечивает безупречное смачивание интерфейса.
Почему контактное тепловое сопротивление является ключевой проблемой в силовой электронике?
Мощные автомобильные модули выделяют огромное количество тепла во время быстрой зарядки и резкого ускорения. Чтобы отвести его достаточно быстро, необходимо переместить его от полупроводниковых переходов к охлаждаемым жидкостью опорным пластинам, но при этом никакие две твердые поверхности не соприкасаются по всей своей площади при сжатии.
Микроскопические пики и впадины ограничивают физический контакт менее чем десятью процентами от теоретической границы. Остатки смазочных материалов, используемых при механической обработке, еще больше снижают поверхностную энергию, вызывая образование капель на высокопроводящих пастах. Поскольку медь и алюминий расширяются с разной скоростью под нагрузкой, эти воздушные зазоры постепенно увеличиваются в течение всего срока службы модуля.
Каким образом плазменная обработка снижает контактное тепловое сопротивление на границах раздела термоинтерфейсных материалов?
Высокоскоростной поток ионизированного газа воздействует исключительно на верхний молекулярный слой, оставляя полупроводниковые дорожки под ним нетронутыми. В результате образуется поверхность, которую теплопроводящие материалы (ТИМ) активно смачивают, а не сопротивляются ей, снижая тепловое сопротивление ТИМ до базового минимума.
Вот что происходит на поверхности во время лечения:
- В результате реакции плазмы происходит расщепление микроскопических цепочек нефтяных частиц на CO₂ и водяной пар, которые уносятся потоком газа.
- Разрыв слабых молекулярных связей приводит к образованию сильно полярных гидроксильных и карбоксильных групп, превращая гидрофобную поверхность в гидрофильную.
- Повышенная поверхностная энергия под небольшим давлением втягивает жидкие гели в каждую микроскопическую впадину, заменяя изолирующие воздушные полости теплопроводящим материалом.
- Химическая модификация верхнего слоя предотвращает расслоение или выделение высокопроводящих смазок при постоянной вибрации шасси.
Наша статья о Плазменная очистка в производстве аккумуляторов для электромобилей и автомобильных дисплеев. В статье рассматривается, как эти динамические свойства поверхности применяются в более широких условиях производства электромобилей.
Какой процесс активации подходит для каждого теплопроводящего материала?
Современные высоковольтные модули объединяют алюминиевые радиаторы, медные слои DBC и керамические подложки в одном тепловом блоке. Для достижения полного смачивания каждого материала необходимы калиброванные параметры плазмы.
| Материал | Проблема поверхности | Результаты анализа плазмы |
| Алюминиевые радиаторы | Смазочные материалы для прокатки и пленки из натурального оксида | Углеводородные цепи удалены, оксидная матрица стабилизирована. |
| Медные слои DBC | Быстрое потускнение из-за заводской влажности | Удален поверхностный оксид, органические пятна удалены. |
| Керамические подложки (AlN/Si₃N₄) | Низкореактивная поверхность препятствует смачиванию. | Полярные точки крепления созданы без повреждения керамической структуры. |
Применение стандартного рецепта плазменной обработки ко всем трем материалам не позволяет измерить сопротивление. Плазменная обработка поверхности TIM подразумевает точную настройку химического состава газа и параметров мощности для каждой конкретной подложки, и именно здесь проявляется более чем десятилетний опыт KeyLink в производстве систем терморегулирования для автомобильной промышленности.
Чем отличается сухая плазменная обработка от механической полировки и химической очистки?
Механическая шлифовка оставляет царапины и микроскопические заусенцы, которые не снижают, а, наоборот, повышают термостойкость, и проверить готовность поверхности можно только визуально. Химическая очистка с использованием растворителей оставляет сверхтонкие остатки внутри глубоких микроборозд и образует опасные отходы, что в больших масштабах увеличивает затраты на соблюдение нормативных требований.
Сухая плазменная обработка поверхностей осуществляется с использованием сжатого воздуха и электричества, без потерь жидкости и без повреждения поверхности. KeyLink объединяет производственные системы со специализированным оборудованием. Тестер угла контакта Это подтверждает, что прочность каждой подложки превышает 72 мН/м перед попаданием в сборочную ячейку, что отличает стабильные результаты с первого раза от партии, требующей доработки в производстве систем терморегулирования силовой электроники.
Какое место занимает автоматизированная плазменная обработка в массовом производстве?
Обработка оснований непосредственно перед нанесением пасты предотвращает попадание загрязнений из воздуха на чистые поверхности, находящиеся в производственной среде. Плазменная система KeyLink с двумя соплами Эта задача решается в соответствии с конфигурациями с двумя горелками, которые удваивают эффективную площадь обработки без увеличения времени цикла.
Система терморегулирования бортового компьютера
Встроенные зарядные устройства обрабатывают высокие токи внутри компактных герметичных алюминиевых корпусов, где локальные перегревы при пиковых нагрузках зарядки представляют собой прямой риск отказа. Используются двухсопловые системы. плазменная обработка поверхности на широких и сложных конфигурациях литейных площадок за один проход, обеспечивая полное смачивание слоев компаунда по всей площади контакта.
Модули контроллера ADAS
Процессоры ADAS генерируют концентрированные тепловые потоки внутри корпусов с неплоскими каналами охлаждения. Плазменные сопла точно следуют этим геометрическим формам, обеспечивая полный контакт компонентов в плотных микрозазорах, где неполное смачивание приводит к тепловому дросселированию.
Двухсопловые плазменные системы. Максимальное увеличение площади обработки и эффективности.
Ознакомьтесь с серией двойных форсунок.Почему подготовка поверхности определяет тепловые характеристики
По мере роста удельной мощности автомобильных компонентов, интерфейсные слои между теплогенераторами и контурами охлаждения несут большую тепловую нагрузку на меньшей площади. Производители, которые правильно решают этот вопрос на этапе подготовки поверхности, — это те, чьи модули сохраняют стабильную температуру перехода на протяжении всего процесса квалификации и на протяжении всего производственного цикла.
Опираясь на 12-летний опыт исследований и разработок в области алюминиевых, медных и технических керамических подложек, инженеры KeyLink разрабатывают индивидуальные параметры процесса на основе реальных производственных данных. Интеграция измерителя контактного угла предоставляет поставщикам первого уровня проверенные показания поверхностной энергии в каждой точке ввода в сборочный узел, что является необходимым уровнем прослеживаемости для программ квалификации в автомобильной промышленности.
Свяжитесь с нами сегодня! Чтобы обсудить решения по плазменной обработке поверхности для вашего применения в области тепловых интерфейсов, а также запросить пробное тестирование на ваших конкретных подложках.
