Працэс вытворчасці экструдаваных вадкіх халодных пліт

Экструдаваныя вадкасныя халодныя пласціны — гэта інтэграваныя кампаненты рэгулявання тэмпературы, вырабленыя з дапамогай працэсаў экструзіі з алюмініевых сплаваў. Гэтыя вадкасныя халодныя пласціны выкарыстоўваюць вадкія астуджальныя асяроддзі, такія як вада, сумесі вады і гліколю або фторзмяшчальныя вадкасці, для дасягнення эфектыўнага цеплаабмену.

Асноўнай асаблівасцю гэтай тэхналогіі вадкаснага астуджэння з халоднай пласцінай з'яўляецца фарміраванне замкнёных або шматполастных унутраных каналаў патоку ў адным экструдаваным алюмініевым профілі. Такая канструкцыя забяспечвае нізкае супраціўленне патоку, высокую дапушчальнасць ціску, кампактную канструкцыю і кантраляваны кошт, што робіць яе шырока выкарыстоўванай у электроніцы з высокай шчыльнасцю магутнасці, акумулятарных блоках, серверным вадкасным астуджэнні і сілавой электроніцы.

Вельмі важна разумець, як працуюць вадкасныя халодныя пласціны: цяпло праводзіцца ад крыніцы цяпла ў корпус халоднай пласціны, перадаецца ва ўнутраныя каналы патоку вадкасці, а затым выводзіцца прымусовай канвекцыяй. У параўнанні з трубчастымі халоднымі пласцінамі або паянымі вадкаснымі халоднымі пласцінамі, экструдаваныя канструкцыі забяспечваюць больш высокую структурную цэласнасць і зніжаюць рызыку ўцечкі.

асноўныя тэхнічныя характарыстыкі

• one-piece extruded flow channels
  seamless internal channels formed during экструзія eliminate weld seams and reduce leakage risk compared to brazed or tubed structures.

• high thermal conductivity materials
  typically manufactured from 6061 or 6063 aluminum alloys with thermal conductivity ≥ 180 w/m·k. while copper cold plates offer higher conductivity, aluminum provides a superior balance of weight, cost, and corrosion resistance.

• customizable канструкцыя праточнага каналаs
  supports parallel channels, serpentine channels, and multi-cavity configurations, enabling flexible liquid cold plate design.

• high pressure capability
  typical operating pressure: 0.5–1.5 mpa
  ціск разрыву: ≥ 3,0 мПа

• lightweight structure
  20–40% lighter than cnc-machined or plate liquid cooling solutions.

• excellent паверхня treatment compatibility
  suitable for anodizing, electroless nickel plating, and functional coatings.

тыповыя сцэнарыі прымянення

• сістэмы вадзянога астуджэння акумулятараў электрамабіляў

• халодныя пласціны для серверных працэсараў/графічных працэсараў і электронікі

• магутныя лазерныя сістэмы астуджэння

• астуджэнне халоднай пласцінай IGBT і сілавога модуля

• сістэма назапашвання энергіі, кіраванне тэмпературай

працэс вытворчасці экструдаваных вадкіх халодных пліт

1. этап падрыхтоўкі сыравіны

выбар алюмініевай нарыхтоўкі → аналіз хімічнага складу (спектрометр) → выпрабаванне механічных уласцівасцей (цвёрдасць, трываласць на расцяжэнне) → папярэдняя апрацоўка (рэзка, апрацоўка тарцоў) → захоўванне матэрыялаў

• маркі сплаваў: 6061-т5 / т6, 6063-т5

• дыяметр нарыхтоўкі: φ100–φ300 мм

• дакладнасць папярэдняй апрацоўкі:

• дапушчальная даўжыня: ±1 мм

• перпендыкулярнасць тарца: ≤ 0,1 мм

2. этап праектавання і вырабу штампа

праектаванне канала патоку (аптымізацыя тэрмічнага мадэлявання CFD) → праектаванне экструзійнай формы (адтуліны для партоў, зварачная камера, пляцоўка для падшыпніка) → выбар сталі для формы (інструментальная сталь h13 для гарачай апрацоўкі) → чарнавая апрацоўка на станках з ЧПУ → тэрмічная апрацоўка (загартоўка + патройны адпуск) → дакладная апрацоўка (эрозійная электраэрозія, рэзка дротам) → паліроўка (пляцоўка для падшыпніка ra ≤ 0,4 мкм) → праверка пробнай экструзіі

Гэты этап непасрэдна вызначае ўнутраную геаметрыю і характарыстыкі экструдаваных вадкасных халодных пласцін, што адрознівае іх ад паяных канструкцый вадкасных халодных пласцін, якія абапіраюцца на паслязборкавае злучэнне.

3. этап экструзійнага фармавання

папярэдні нагрэў алюмініевай нарыхтоўкі (480–520°C) → папярэдні нагрэў формы (450–480°C) → налада параметраў экструзіі → экструзія профілю (хуткасць 1–5 м/мін) → загартоўка ў рэжыме рэальнага часу (астуджэнне паветрам або туманам) → выцягванне і выпраўленне → рэзка фіксаванай даўжыні → апрацоўка старэннем (умовы t5 / t6)

Працэс экструзіі забяспечвае стабільныя ўнутраныя каналы патоку, якія падтрымліваюць стабільную працу вадкаснага астуджэння пласцін.

4. этап дакладнай апрацоўкі з ЧПУ

апрацоўка базавай паверхні (устанаўленне сістэмы каардынат) → апрацоўка тарца (адкрыццё праточнага канала) → апрацоўка інтэрфейсу (уваходныя/выхадныя порты, мантажныя адтуліны) → апрацоўка ўшчыльняльнай паверхні (плоскасць ≤ 0,05 мм) → выдаленне задзірын → праверка чысціні

патрабаванні да механічнай апрацоўкі

• канаўкі для ўшчыльнення тарца:

• дапушчальная шырыня ±0,02 мм

• дапушчальная глыбіня ±0,01 мм

• разьбовыя адтуліны:

• дакладнасць 7 гадзін

• перпендыкулярнасць ≤ 0,05 мм

• роўнасць мантажнай паверхні: ≤ 0,1 мм / 100 мм

• чысціня:

• часціцы ≤ 100 шт./м²

• рэшткі алею ≤ 10 мг/м²

5. апрацоўка тарцавых накладак і падрыхтоўка да зваркі

выбар матэрыялу тарцавой накладкі (той жа або сумяшчальны сплаў) → апрацоўка на станках з ЧПУ → апрацоўка паверхні ўшчыльнення (ra ≤ 1,6 мкм) → апрацоўка зварных канавок → ачыстка (ультрагукавая ачыстка) → пазіцыянаванне зборкі (спецыяльныя прыстасаванні)

параметры канструкцыі тарцавой заглушкі

• таўшчыня: 3–10 мм (у залежнасці ад патрабаванняў да ціску)

• метады герметызацыі:

• герметызацыя канаўкі ўшчыльняльнага кольца

• плоскае ўшчыльненне

• поўная герметызацыя зваркі

• варыянты зваркі:

• зварка трэннем з перамешваннем (FSW)

• лазерная зварка

• TIG-зварка

6. этап зваркі і герметызацыі

выбар працэсу зваркі → зборка прыстасавання → налада параметраў зваркі → аўтаматызаванае выкананне зваркі → тэрмічная апрацоўка пасля зваркі (зняцце напружання) → кантроль знешняга выгляду зварнога шва

параўнанне працэсаў зваркі

• зварка трэннем з перамешваннем (FSW):
  no filler material, high joint strength, ideal for long straight seams

• лазерная зварка:
  small heat-affected zone, high precision, suitable for complex seams

• TIG-зварка:
  cost-effective, flexible, suitable for small-batch custom liquid cold plate production

7. выпрабаванні на ціск і герметычнасць

• праверка на ўцечку гелія

• гідрастатычныя выпрабаванні пад ціскам (1,5× працоўны ціск)

• выпрабаванне на разрыўны ціск (≥ 3× рабочы ціск)

• выпрабаванні на цыклічнае ўздзеянне ціску (100 000 цыклаў)

стандарты выпрабаванняў

• хуткасць уцечкі: ≤ 1×10⁻⁷ мбар·л/с (гелій)

• вытрымка ціску: 1,5 мПа × 5 хвілін, падзенне ціску ≤ 0,01 мПа

• ціск разрыву: ≥ 3,0 мПа

• цыклічнае змяненне ціску: 0,2–1,0 МПа, 100 000 цыклаў без уцечкі

8. этап апрацоўкі паверхні (неабавязкова)

папярэдняя апрацоўка (абястлушчванне, травленне) → анадаванне (натуральнае / чорнае) → герметызацыя → функцыянальныя пакрыцці → запяканне і зацвярдзенне

варыянты апрацоўкі паверхні

• анадаванне:

• таўшчыня 10–15 мкм

• дыэлектрычная трываласць ≥ 500 В

• нікеляванне без электратоку:

• таўшчыня 10–20 мкм

• палепшаная каразійная ўстойлівасць

• ptfe coating:
  improved chemical resistance

• insulating coatings:
  for electrical isolation requirements

9. працэс ачысткі і сушкі

Прамыванне вадой пад высокім ціскам → ультрагукавая ачыстка (нейтральны мыйны сродак) → трохступеньчатае супрацьпатокавае прамыванне → сушка гарачым паветрам (80–100°C) → вакуумная сушка (прымяненне з высокай надзейнасцю) → запаўненне азотам для прадухілення акіслення

стандарты чысціні

• памер часціц: ≤ 50 мкм

• нелятучы рэшту: ≤ 10 мг/м²

• утрыманне хларыд-іонаў: ≤ 1 праміле

• праводнасць: ≤ 5 мкс/см

10. зборка аксесуараў

Усталёўка ўшчыльняльнікаў (сілікон / FKM / EPDM) → зборка хутказлучальных фітынгаў → усталёўка датчыка тэмпературы (па жаданні) → усталёўка датчыка ціску (па жаданні) → маркіроўка (інфармацыя аб прадукце і кірунак патоку)

патрабаванні да аксесуараў

• матэрыялы ўшчыльняльнікаў: EPDM, FKM, сілікон (ад −40°C да 150°C)

• стандарты раздыма: din, sae, jis, bspp

• дакладнасць датчыка:

• тэмпература ±0,5°C

• ціск ±1% ад поўнага дыяпазону

11. выпрабаванне прадукцыйнасці гатовай прадукцыі

Выпрабаванні на цеплавую стойкасць (метад стандартнай крыніцы цяпла) → Выпрабаванні на супраціўленне патоку (крывая залежнасці патоку ад падзення ціску) → Выпрабаванні на аднастайнасць патоку (шматканальныя канструкцыі) → Выпрабаванні на трываласць (цыклічная тэрмічная і ціскавая нагрузка) → Канчатковая паўторная праверка ўцечкі гелія (100% праверка)

паказчыкі эфектыўнасці

• цеплавое супраціўленне: 0,01–0,05 °C/Вт (залежыць ад канструкцыі і расходу)

• супраціў патоку: ≤ 50 кпа пры 10 л/мін (тыпова)

• адхіленне аднастайнасці патоку: ≤ 10%

• дыяпазон рабочых тэмператур: ад −40°C да 120°C

12. канчатковая праверка і ўпакоўка

візуальны агляд → адбор памераў (см²) → падрыхтоўка дакументацыі → антыкаразійная ўпакоўка (vci) → ударатрывалая ўпакоўка → маркіроўка вонкавай кардоннай скрынкі

спецыфікацыі ўпакоўкі

• абарона аднаго блока: поліэтыленавы пакет + папера VCI

• арыентацыя ўпакоўкі: вертыкальнае размяшчэнне

• змест этыкеткі: ідэнтыфікатар прадукту, дата вытворчасці, кірунак патоку, маркіроўка далікатнасці

• умовы захоўвання: ад −10°C да 40°C, ≤ 70% адноснай вільготнасці

13. дакументацыя і адсочванне

сертыфікат адпаведнасці → сертыфікаты матэрыялаў → справаздачы аб выпрабаваннях прадукцыйнасці → запісы працэсаў → этыкеткі адсочвання (QR-код / штрых-код) → кіраўніцтва па ўсталёўцы і эксплуатацыі

кантрольныя кропкі, крытычна важныя для якасці (ctq),

тэхналагічныя магчымасці і вытворчыя магутнасці

• шырыня экструзіі: 30–300 мм

• вышыня: 10–100 мм

• даўжыня: 500–6000 мм

• мінімальная таўшчыня сценкі:

• сценка канала: 1,0 мм

• вонкавая сценка: 1,5 мм

• шурпатасць паверхні:

• экструдаваная паверхня: ra ≤ 3,2 мкм

• апрацаваная паверхня: ra ≤ 1,6 мкм

рэкамендацыі па дызайне і найлепшыя практыкі

канструкцыя праточнага канала

• гідраўлічны дыяметр: 4–8 мм

• суадносіны бакоў: ≤ 10:1

• радыус выгібу: ≥ 1,5 × шырыня канала

• канструкцыя ўваходу/выхаду ў форме раструба

• дадатковыя ўнутраныя рэбры для палепшанай цеплаперадачы

структурнае праектаванне

• раўнамерная таўшчыня сценкі

• рэбры ўзмацнення ў крытычных месцах

• схема мантажу без напружання

• дапушчальнае цеплавое пашырэнне

стратэгія выбару матэрыялаў

• агульнае прымяненне: 6063-t5

• высокапрадукцыйныя прыкладання: 6061-t6

• суровыя ўмовы: дадатковыя пакрыцці

аптымізацыя выдаткаў

• стандартызаваныя папярочныя сячэнні

• палепшанае выкарыстанне матэрыялаў

• паменшаная другасная апрацоўка

• эканомія маштабу ў масавай вытворчасці

Дзякуючы сваёй цэльнаштучнай экструдаванай структуры, нізкай рызыцы ўцечкі, высокай надзейнасці і выдатнай эканамічнай эфектыўнасці, экструдаваныя вадкасныя халодныя пласціны адыгрываюць незаменную ролю ў сістэмах халоднага астуджэння з высокай шчыльнасцю магутнасці. Па меры таго, як такія галіны, як электрамабілі, цэнтры апрацоўкі дадзеных, сувязь 5G і аднаўляльныя крыніцы энергіі, працягваюць развівацца, халодныя пласціны на заказ і рашэнні для вадкасных халодных пласцін на заказ будуць развівацца ў бок павышэння прадукцыйнасці, меншай вагі і больш разумнага кіравання тэмпературай, забяспечваючы надзейныя і маштабуемыя рашэнні для сістэм вадкаснага астуджэння наступнага пакалення.