IGBT- en SiC-modules in omvormers presteren vaak boven de 200 W/cm². Een aluminium koude plaat kan moeite hebben om de warmte snel genoeg te verspreiden. Maar zelfs een koudplaat van puur koper zal falen als de interne vinnen niet op betrouwbare wijze met elkaar worden verbonden.
In dit artikel leggen we uit waarom we voor hebben gekozenvacuümsolderen met 72%Ag – 28%Cu vulmetaalvoor ons koperen waterblok, en hoe het een druktest van 6 bar overleeft.
1. Het probleem met zachtsolderen of toortssolderen op koper
Zachtsoldeer (op basis van tin-lood):
Een lage thermische geleidbaarheid (~60 W/(m·K)) creëert een knelpunt bij de verbinding.
Laag smeltpunt en slechte kruipweerstand – verbindingen worden los onder thermische cycli.
Toorts (vlam) solderen in lucht:
Koper oxideert snel bij hoge temperaturen.
De oxidelaag voorkomt dat het vulmetaal het oppervlak bevochtigt en holtes achterlaat.
Niet herhaalbaar voor complexe geometrieën met gevouwen vinnen.
Beide methoden leiden na maanden in een trillende EV-omgeving tot lekkages of hoge thermische weerstand.
2. Waaromvacuüm solderenis anders
Wij gebruiken een vacuümoven met een druk lager dan 10⁻³ Pa.
Geen zuurstof → geen koperoxide → vulmetaal bevochtigt elk oppervlak.
Gelijkmatige warmteverdeling → minimale vervorming van dunne lamellen.
Soldeerverbindingen zijn schoon, glanzend en consistent van batch tot batch.
3. Waarom 72Ag28Cu (zilverkoper) vulmetaal?
Dit is een bijna-eutectische legering (smelt rond 780 graden). Het presteert beter dan andere vulstoffen voor zuivere koperassemblages:
* Thermische geleidbaarheid ≈ 380 W/(m·K)– zeer dicht bij puur koper. De soldeerverbinding wordt geen hotspot.
* Uitstekende bevochtiging op koper– gesmolten 72Ag28Cu stroomt in openingen zo dicht als 0,05 mm, waardoor de wortel van gevouwen vinnen volledig wordt gevuld.
* Hoge gewrichtssterkte– treksterkte 300–400 MPa, veel hoger dan zachtsoldeer. Hierdoor kan de koude plaat een druk van 6 bar vasthouden zonder vervorming.
* Galvanische compatibiliteit– zilver en koper hebben een vergelijkbaar elektrodepotentiaal in glycolwater-koelvloeistof, dus geen versnelde corrosie.
4.Hoe we vier lagen hardsoldeer aanbrengen, passend bij de vijflaagse stapel
Ons waterblok is geen eenvoudige doos. Het is opgebouwd uitvijf koperlagen(van onder naar boven):
-Basisplaat
-Scheidingsplaat (scheidt verspringende vinnen van gevouwen vinnen)
-Afdekking (behuizing)
Tussenelk aangrenzend paarVan deze lagen plaatsen we een vel 72Ag28Cu-soldeervuller. Dat betekentvier lagen vulmetaalin totaal. De hele stapel is danvacuüm gesoldeerdin één cyclus.
Tijdens het hardsolderen bevochtigt het gesmolten vulmiddel beide oppervlakken van elke laag en sluit elk grensvlak volledig af. Deze methode creëert een sterke, lekdichte verbinding over alle interne scheidingswanden – inclusief de zone met gevouwen ribben, de zone met verspringende ribben en het retourkanaal. Er is geen aparte soldeerstap nodig voor elke vinnenset.
5. Validatie: druktest van 6 bar, 10 minuten
Elke afgewerkte koude plaat wordt getest met droge stikstof op6 bar (600 kPa)gedurende 10 minuten.
Aanvaardbare drukval: < 0,05 Bar
Geen blijvende vervorming zichtbaar of meetbaar.
Waarom 6Bar?
Een typisch EV-koelsysteem werkt bij 1,5–2,5 bar. 6Bar geeft een veiligheidsmarge van 2–3 keer – genoeg om waterslag, hoogteveranderingen en langdurige veroudering te overleven.
Het doorstaan van deze test bewijst dat de vacuümgesoldeerde verbindingen echt lekdicht zijn en dat de koperen structuur interne druk kan weerstaan.
Samenvatting en volgende stappen
Een puur koperkoude plaatlevert alleen zijn thermisch potentieel wanneerelk gewricht is betrouwbaar. Vacuümsolderen met 72Ag28Cu-vulmetaal (aangebracht in vier lagen) geeft ons een hoge thermische geleidbaarheid, mechanische sterkte en een lekdichte constructie die de 6Bar-test doorstaat.
Voor een gedetailleerd ontwerp van het stroompad – hoe we gevouwen vinnen en verspringende vinnen gebruiken om warmte te onttrekken – lees ons tweede artikel:
Gevouwen vin versus gespreide vin: ontwerp met vloeibare koude plaatstroom
