Introduction aux technologies de soudage courantes dans l'industrie de la gestion thermique

Les technologies de soudage dans l'industrie de la gestion thermique (par exemple pour les dissipateurs de chaleur, les échangeurs de chaleur, l'emballage des appareils électriques,les plaques froides liquides) sont des processus de fabrication essentiels qui assurent l'étanchéité du produitL'introduction suivante combine les applications industrielles et les dernières tendances.

Les systèmes de gestion thermique (p. ex. plaques de refroidissement par batterie, échangeurs de chaleur, dissipateurs électroniques de chaleur) comportent généralement des joints légers,matériaux à haute conductivité thermique tels que les alliages d'aluminium et le cuivreLes technologies de soudage dans ce domaine sont principalement utilisées pour:

• Exigences relatives au scellement:Par exemple, le soudage des plaques froides liquides pour les batteries doit prévenir les fuites.
• Performance thermique:Les joints soudés doivent maintenir la continuité thermique des matériaux, en évitant une résistance thermique accrue due à des défauts tels que des pores ou des inclusions de scories.
• Structures légères:Les techniques de soudage à l'état solide, telles que le soudage par friction, réduisent au minimum la distorsion dans la zone affectée par la chaleur et conviennent aux composants en alliage d'aluminium.

Le brasage est la technologie de soudage la plus utilisée et la plus fondamentale dans la gestion thermique, adaptée aux matériaux conducteurs tels que l'aluminium et le cuivre.

Principe:On utilise un métal de remplissage (matériau de brasage, par exemple, alliage aluminium-silicium, alliage cuivre-phosphore) dont le point de fusion est inférieur à celui du métal de base.les flux par action capillaire dans l'ouverture articulaire, et diffuse avec le métal de base pour former la liaison.

Types courants:

• Le brasage sous vide:Il est sans oxydation et sans flux, produisant des joints propres et résistants à la corrosion.et échangeurs de chaleur à débit complexe.
• Le brasage par atmosphère:Exécuté dans une atmosphère inerte comme l'azote, offrant un coût inférieur au brasage sous vide.
• Le brasage à la flamme / le brasage par induction:Convient pour le soudage localisé ou pour les composants simples.

Les avantages:Capable de souder des structures complexes et de grandes surfaces; bon étanchéité; adapté à la production en série.

Les inconvénients:Exigence élevée de lacunes de montage de pièces; nécessité de fixations spécialisées; investissement important pour l'équipement des fours à vide.

Applications typiques:Les dissipateurs de chaleur CPU/GPU, les plaques de froid liquide, les plaques de froid de batterie, les échangeurs de chaleur parallèles.

Une technologie de jointure à l'état solide, particulièrement adaptée aux alliages d'aluminium, connaissant une croissance rapide de la gestion thermique.

Principe:Un outil tournant non consommable (pins) est plongé dans les bords attenants des pièces.et le matériau est plastifié et joint sous la pression de forgeage de l'outil et l'action de remuer.

Les avantages:

• Haute résistance des articulations:Peut atteindre 70% à 90% ou plus de la résistance du métal commun.
• Faible déformation thermique:Le procédé à basse température minimise la distorsion.
• Pas de porosité ou de fissures:Le soudage à l'état solide évite les défauts courants dans le soudage par fusion.
• Facile à utiliser:Pas de fumées, pas d'arc lumineux, pas d'éclaboussures.

Les inconvénients:Vitesse de soudage relativement plus lente; pièces à usiner nécessitant un serrage rigide; usure des outils.

Applications typiques:Plaques de froid liquide en aluminium de grande taille, substrats de dissipateur de chaleur, boîtiers, raccordement de tuyaux de chaleur aux bases, soudage des plateaux et des boîtiers de batteries.

Abrégé en TIG ou GTAW, il s'agit d'un procédé de soudage à l'arc protégé par gaz d'électrodes non consommables.

Principe:Il utilise une électrode de tungstène réfractaire pour créer un arc protégé par un gaz inerte (typiquement l'argon), fondant le métal de base et un fil de remplissage (s'il est utilisé) pour former une soudure de haute qualité.

Les avantages:Haute résistance à la soudure, relativement faible investissement en équipement, pas d'éclaboussures, esthétique, applicable à une large gamme de matériaux.

Les inconvénients:Une distorsion significative.

Applications typiques:Disjoncteurs à plaques, boîtiers pour modules de refroidissement à haute puissance.

4. soudage au laser

Une technologie de soudage par faisceau à haute densité d'énergie largement utilisée dans les composants de gestion thermique de précision.

Principe:Utilise un faisceau laser à haute densité d'énergie comme source de chaleur pour faire fondre localement le métal de base, formant une couture de soudure.Il peut être subdivisé en soudage par conduction (fondure superficielle) et soudage par trou de serrure (formant un capillaire de vapeur).

Les avantages:

• Énergie concentrée, petit HAZ:Déformation minimale, adaptée au soudage de précision.
• Sans contact, hautement automatisé:Rapide vitesse, facilement intégrée dans les lignes de production automatisées.
• Matériaux réfractaires soudables:Par exemple, le cuivre, l'aluminium (matériaux à haute réflectivité nécessitant des longueurs d'onde/techniques spécifiques).

Les inconvénients:Équipement coûteux; exigences extrêmement élevées pour la précision de montage de la pièce; défi pour les matériaux à haute réflectivité comme le cuivre pur.

Applications typiques:Ailettes composites cuivre-aluminium, scellement des tuyaux de chaleur, emballage en substrat refroidi à l'eau IGBT (DBC/AMB), scellement du couvercle des dissipateurs de chaleur par micro-canal.

5. Liens par diffusion sous vide

Une technologie de jointure de précision à l'état solide réalisée dans un environnement à haut vide, utilisée pour la fabrication de composants de gestion thermique de haute performance et de haute fiabilité.

Principe:Sous haute température et pression, les atomes des surfaces de contact se diffusent entre eux, obtenant une liaison monolithique.

Les avantages:

• Excellentes propriétés communes:Composition et structure proches du métal commun; pas de phases fragiles; haute conductivité thermique et résistance.
• Joindre des matériaux différents:Par exemple, le cuivre-aluminium, le cuivre-céramique (par exemple, le nitrure d'aluminium).
• Extrêmement faible distorsion, haute précision dimensionnelle.

Les inconvénients:Durée de cycle longue, coût extrêmement élevé, exigences strictes en matière de qualité de surface.

Applications typiques:Échangeurs de chaleur compacts de qualité aérospatiale, emballage céramique de substrat en métal, fabrication de chambres à vapeur haute performance (VC).

6. Soudage (soudage souple)

Principalement utilisé pour les connexions à basse température, couramment utilisées dans le refroidissement et l'emballage électroniques.

Principe:Utilise des soudures à faible point de fusion (par exemple, alliages à base d'étain et d'indium), chauffées par des fer à souder, des fours à reflux, etc., pour former une connexion.

Les avantages:Faible température, adapté aux composants sensibles à la chaleur, procédé simple.

Les inconvénients:Relativement faible résistance des articulations, résistance à la température et fiabilité à long terme.

Applications typiques:Liage des ailerons aux bases (remplacement de l'adhésif thermique), raccordement de petits tuyaux de chaleur aux bases en cuivre, montage de certains appareils électriques.

7. soudage des métaux par ultrasons

Une technologie de soudage à l'état solide qui utilise une énergie vibratoire à haute fréquence pour les joints.

Principe:Les vibrations à haute fréquence générées par un transducteur ultrasonique, sous pression, provoquent des déformations plastiques et des frottements aux surfaces de contact, brisant les films d'oxyde et permettant des liaisons atomiques.

Les avantages:Aucun chauffage externe n'est nécessaire, particulièrement adapté aux matériaux à haute conductivité (cuivre, aluminium) et aux matériaux de joints différents; économe en énergie, rapide.

Les inconvénients:Convient généralement pour souder des feuilles minces, des fils et des points; non adapté aux sections épaisses ou aux structures complexes.

Applications typiques:Connexion de tuyaux de chaleur à des ailerons (remplacement des méthodes d'ajustement mécanique telles que les ailerons fermées ou les ailerons pliés), soudage de dissipateurs de chaleur pour batteries au lithium, joints de transition cuivre-aluminium.

3. Tendances de développement des technologies de soudage dans l'industrie de la gestion thermique

Les procédés hybrides:Par exemple, les technologies hybrides "laser + soudage par friction" combinent les avantages des deux.

Orientation à haute puissance:Développement de technologies de soudage avec une résistance thermique plus faible et une fiabilité plus élevée (par exemple, frittage à basse température de l'argent) pour des dispositifs semi-conducteurs à large bande comme le SiC et le GaN.

Intellectualisation et surveillance en ligne:Intégration de la détection visuelle et du contrôle du processus pour améliorer la cohérence et la qualité du soudage.

L'innovation matérielleDévelopper de nouveaux alliages de brasage et matériaux intercalaires pour améliorer la soudabilité des matériaux différents.

La sélection d'une technologie de soudage nécessite une prise en compte complète des combinaisons de matériaux, de la structure du produit, des exigences de performance (conductivité thermique, résistance, étanchéité),volume de productionActuellement, le brasage, le soudage par friction et le soudage au laser sont les trois technologies principales largement utilisées dans l'industrie de la gestion thermique.