Διαδικασία Παραγωγής Πλακών Ψυχρού Εξωθημένου Υγρού

Οι πλάκες ψύξης υγρού με εξώθηση είναι ενσωματωμένα εξαρτήματα θερμικής διαχείρισης που κατασκευάζονται μέσω διεργασιών εξώθησης από κράμα αλουμινίου. Αυτές οι πλάκες ψύξης υγρού χρησιμοποιούν υγρά ψυκτικά μέσα - όπως νερό, μείγματα νερού-γλυκόλης ή φθοριωμένα υγρά - για την επίτευξη αποτελεσματικής ανταλλαγής θερμότητας.

Το βασικό χαρακτηριστικό αυτής της τεχνολογίας ψύξης με υγρό ψυχρή πλάκα είναι ο σχηματισμός κλειστών ή πολλαπλών κοιλοτήτων εσωτερικών καναλιών ροής μέσα σε ένα ενιαίο προφίλ αλουμινίου. Αυτή η δομή παρέχει χαμηλή αντίσταση ροής, υψηλή ανοχή πίεσης, συμπαγή σχεδιασμό και ελεγχόμενο κόστος, καθιστώντας την ευρέως χρησιμοποιούμενη σε ηλεκτρονικά υψηλής πυκνότητας ισχύος, συστοιχίες μπαταριών, ψύξη υγρού διακομιστών και ηλεκτρονικά ισχύος.

Η κατανόηση του τρόπου λειτουργίας των πλακών ψύξης υγρού είναι κρίσιμη: η θερμότητα διοχετεύεται από την πηγή θερμότητας στο σώμα της πλάκας ψύξης, μεταφέρεται στα εσωτερικά κανάλια ροής υγρού και στη συνέχεια απομακρύνεται μέσω εξαναγκασμένης μεταφοράς. Σε σύγκριση με τις σωληνωτές πλάκες ψύξης ή τις συγκολλημένες πλάκες ψύξης υγρού, τα σχέδια με εξώθηση προσφέρουν υψηλότερη δομική ακεραιότητα και μειωμένο κίνδυνο διαρροής.

βασικά τεχνικά χαρακτηριστικά

• one-piece extruded flow channels
  seamless internal channels formed during εξώθηση 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 σχεδιασμός καναλιού ροήςs
  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
  πίεση ρήξης: ≥ 3,0 mpa

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

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

τυπικά σενάρια εφαρμογής

• συστήματα ψύξης νερού με πλακίδια μπαταριών ηλεκτρικών οχημάτων

• ψυχρές πλάκες cpu / gpu διακομιστή για ηλεκτρονικά

• συστήματα ψύξης λέιζερ υψηλής ισχύος

• ψύξη ψυχρής πλάκας IGBT και μονάδας ισχύος

• σύστημα αποθήκευσης ενέργειας θερμικής διαχείρισης

διαδικασία κατασκευής εξωθημένων υγρών ψυχρών πλακών

1. στάδιο προετοιμασίας πρώτης ύλης

επιλογή μπιγιέτας αλουμινίου → ανάλυση χημικής σύνθεσης (φασματόμετρο) → δοκιμή μηχανικών ιδιοτήτων (σκληρότητα, αντοχή σε εφελκυσμό) → προεπεξεργασία (κοπή, κατεργασία τελικής επιφάνειας) → αποθήκευση υλικών

• ποιότητες κραμάτων: 6061-t5 / t6, 6063-t5

• διάμετρος τεμαχίου: φ100–φ300 mm

• ακρίβεια προεπεξεργασίας:

• ανοχή μήκους: ±1 mm

• καθετότητα ακραίας επιφάνειας: ≤ 0,1 mm

2. στάδιο σχεδιασμού και κατασκευής μήτρας

Σχεδιασμός καναλιού ροής (βελτιστοποίηση θερμικής προσομοίωσης cfd) → σχεδιασμός μήτρας εξώθησης (οπές θυρίδας, θάλαμος συγκόλλησης, έδαφος ρουλεμάν) → επιλογή χάλυβα μήτρας (χάλυβας εργαλείων θερμής κατεργασίας h13) → τραχιά κατεργασία cnc → θερμική επεξεργασία (σβέση + τριπλή σκλήρυνση) → κατεργασία ακριβείας (edm, κοπή σύρματος) → στίλβωση (εδάφος ρουλεμάν ra ≤ 0,4 μm) → δοκιμαστική επικύρωση εξώθησης

Αυτό το στάδιο καθορίζει άμεσα την εσωτερική γεωμετρία και την απόδοση των πλακών ψύξης με υγρό που έχουν υποστεί διέλαση, διακρίνοντάς τες από τις συγκολλημένες δομές πλακών ψύξης με υγρό που βασίζονται στη συγκόλληση μετά τη συναρμολόγηση.

3. στάδιο διαμόρφωσης εξώθησης

προθέρμανση μπιγιέτας αλουμινίου (480–520°C) → προθέρμανση μήτρας (450–480°C) → ρύθμιση παραμέτρων εξώθησης → εξώθηση προφίλ (ταχύτητα 1–5 m/min) → ηλεκτρονική απόσβεση (ψύξη με αέρα ή ομίχλη) → τράβηγμα και ίσιωμα → κοπή σταθερού μήκους → επεξεργασία γήρανσης (συνθήκη t5 / t6)

Η διαδικασία εξώθησης επιτρέπει συνεπή εσωτερικά κανάλια ροής που υποστηρίζουν σταθερή απόδοση ψύξης υγρού πλάκας.

4. στάδιο ακριβείας κατεργασίας cnc

κατεργασία επιφάνειας αναφοράς (καθιέρωση συστήματος συντεταγμένων) → κατεργασία ακραίας επιφάνειας (άνοιγμα καναλιού ροής) → κατεργασία διεπαφής (θύρες εισόδου/εξόδου, οπές στερέωσης) → κατεργασία επιφάνειας στεγανοποίησης (επιπεδότητα ≤ 0,05 mm) → αφαίρεση γρεζιών → έλεγχος καθαριότητας

απαιτήσεις κατεργασίας

• αυλακώσεις στεγανοποίησης ακραίας επιφάνειας:

• ανοχή πλάτους ±0,02 mm

• ανοχή βάθους ±0,01 mm

• οπές με σπείρωμα:

• ακρίβεια 7 ωρών

• κάθετοτητα ≤ 0,05 mm

• επιπεδότητα επιφάνειας τοποθέτησης: ≤ 0,1 mm / 100 mm

• καθαριότητα:

• σωματίδια ≤ 100 τεμ./m²

• υπολείμματα λαδιού ≤ 10 mg/m²

5. κατεργασία και προετοιμασία συγκόλλησης τελικού καπακιού

Επιλογή υλικού τελικού καπακιού (ίδιο ή συμβατό κράμα) → φινίρισμα cnc → φινίρισμα επιφάνειας στεγανοποίησης (ra ≤ 1,6 μm) → κατεργασία αυλακώσεων συγκόλλησης → καθαρισμός (καθαρισμός με υπερήχους) → τοποθέτηση συναρμολόγησης (ειδικά εξαρτήματα)

παράμετροι σχεδιασμού τελικού καπακιού

• πάχος: 3–10 mm (βάσει των απαιτήσεων πίεσης)

• μέθοδοι σφράγισης:

• στεγανοποίηση αυλάκωσης δακτυλίου ο-δακτυλίου

• επίπεδη σφράγιση

• πλήρης σφράγιση συγκόλλησης

• επιλογές συγκόλλησης:

• συγκόλληση με τριβή και ανάδευση (fsw)

• συγκόλληση με λέιζερ

• συγκόλληση Tig

6. στάδιο συγκόλλησης και σφράγισης

επιλογή διαδικασίας συγκόλλησης → συναρμολόγηση εξαρτήματος → ρύθμιση παραμέτρων συγκόλλησης → αυτοματοποιημένη εκτέλεση συγκόλλησης → θερμική επεξεργασία μετά τη συγκόλληση (ανακούφιση από την τάση) → έλεγχος εμφάνισης συγκόλλησης

σύγκριση διαδικασιών συγκόλλησης

• συγκόλληση με τριβή και ανάδευση (fsw):
  no filler material, high joint strength, ideal for long straight seams

• συγκόλληση με λέιζερ:
  small heat-affected zone, high precision, suitable for complex seams

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

7. δοκιμές πίεσης και στεγανοποίησης

• δοκιμή διαρροής ηλίου

• δοκιμή υδροστατικής πίεσης (πίεση λειτουργίας 1,5×)

• δοκιμή πίεσης διάρρηξης (≥ 3× πίεση λειτουργίας)

• δοκιμή κύκλου πίεσης (100.000 κύκλοι)

πρότυπα δοκιμών

• ρυθμός διαρροής: ≤ 1×10⁻⁷ mbar·l/s (ήλιο)

• διατήρηση πίεσης: 1,5 mpa × 5 λεπτά, πτώση πίεσης ≤ 0,01 mpa

• πίεση ρήξης: ≥ 3,0 mpa

• κύκλοι πίεσης: 0,2–1,0 mpa, 100.000 κύκλοι χωρίς διαρροή

8. στάδιο επιφανειακής επεξεργασίας (προαιρετικό)

προεπεξεργασία (απολίπανση, αποξείδωση) → ανοδίωση (φυσικό / μαύρο) → σφράγιση → λειτουργικές επιστρώσεις → ψήσιμο και σκλήρυνση

επιλογές επιφανειακής επεξεργασίας

• ανοδίωση:

• πάχος 10–15 μm

• διηλεκτρική αντοχή ≥ 500 v

• ηλεκτρολυτική επινικέλωση:

• πάχος 10–20 μm

• βελτιωμένη αντοχή στη διάβρωση

• ptfe coating:
  improved chemical resistance

• insulating coatings:
  for electrical isolation requirements

9. διαδικασία καθαρισμού και στεγνώματος

έκπλυση με υψηλής πίεσης απιονισμένο νερό → καθαρισμός με υπερήχους (ουδέτερο απορρυπαντικό) → τριπλό ξέπλυμα αντίθετης ροής → ξήρανση με ζεστό αέρα (80–100°C) → ξήρανση κενού (εφαρμογές υψηλής αξιοπιστίας) → πλήρωση αζώτου για πρόληψη οξείδωσης

πρότυπα καθαριότητας

• μέγεθος σωματιδίων: ≤ 50 μm

• μη πτητικό υπόλειμμα: ≤ 10 mg/m²

• περιεκτικότητα σε ιόντα χλωρίου: ≤ 1 ppm

• αγωγιμότητα: ≤ 5 μs/cm

10. συναρμολόγηση αξεσουάρ

Εγκατάσταση στεγανοποίησης (σιλικόνη / fkm / epdm) → συναρμολόγηση εξαρτημάτων ταχείας σύνδεσης → εγκατάσταση αισθητήρα θερμοκρασίας (προαιρετικά) → εγκατάσταση αισθητήρα πίεσης (προαιρετικά) → επισήμανση (πληροφορίες προϊόντος και κατεύθυνση ροής)

απαιτήσεις αξεσουάρ

• Υλικά στεγανοποίησης: epdm, fkm, σιλικόνη (−40°C έως 150°C)

• πρότυπα συνδετήρων: din, sae, jis, bspp

• ακρίβεια αισθητήρα:

• θερμοκρασία ±0,5°C

• πίεση ±1% fs

11. δοκιμή απόδοσης τελικού προϊόντος

δοκιμή θερμικής αντίστασης (τυπική μέθοδος πηγής θερμότητας) → δοκιμή αντίστασης ροής (καμπύλη ροής έναντι πτώσης πίεσης) → δοκιμή ομοιομορφίας ροής (σχεδιασμοί πολλαπλών καναλιών) → δοκιμή ανθεκτικότητας (θερμικός κύκλος και κύκλος πίεσης) → τελική επανεξέταση διαρροής ηλίου (έλεγχος 100%)

δείκτες απόδοσης

• θερμική αντίσταση: 0,01–0,05 °c/w (εξαρτάται από το σχεδιασμό και τη ροή)

• αντίσταση ροής: ≤ 50 kpa @ 10 l/min (τυπική)

• απόκλιση ομοιομορφίας ροής: ≤ 10%

• εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας: −40°C έως 120°C

12. τελική επιθεώρηση και συσκευασία

οπτική επιθεώρηση → δειγματοληψία διαστάσεων (cmm) → προετοιμασία τεκμηρίωσης → αντιδιαβρωτική συσκευασία (vci) → ανθεκτική σε κραδασμούς συσκευασία → επισήμανση εξωτερικού κουτιού

προδιαγραφές συσκευασίας

• προστασία μίας μονάδας: σακούλα pe + χαρτί vci

• προσανατολισμός συσκευασίας: κάθετη τοποθέτηση

• περιεχόμενο ετικέτας: αναγνωριστικό προϊόντος, ημερομηνία παραγωγής, κατεύθυνση ροής, εύθραυστη σήμανση

• Συνθήκες αποθήκευσης: −10°C έως 40°C, ≤ 70% σχετική υγρασία

13. τεκμηρίωση και ιχνηλασιμότητα

πιστοποιητικό συμμόρφωσης → πιστοποιητικά υλικών → αναφορές δοκιμών απόδοσης → αρχεία διεργασιών → ετικέτες ιχνηλασιμότητας (κωδικός qr / γραμμωτός κώδικας) → εγχειρίδιο εγκατάστασης και λειτουργίας

σημεία ελέγχου κρίσιμων για την ποιότητα (ctq)

ικανότητα επεξεργασίας και παραγωγική ικανότητα

• πλάτος εξώθησης: 30–300 mm

• ύψος: 10–100 mm

• μήκος: 500–6000 mm

• ελάχιστο πάχος τοιχώματος:

• τοίχωμα καναλιού: 1,0 mm

• εξωτερικό τοίχωμα: 1,5 mm

• τραχύτητα επιφάνειας:

• εξωθημένη επιφάνεια: ra ≤ 3,2 μm

• κατεργασμένη επιφάνεια: ra ≤ 1,6 μm

οδηγίες σχεδιασμού και βέλτιστες πρακτικές

σχεδιασμός καναλιού ροής

• υδραυλική διάμετρος: 4–8 mm

• αναλογία διαστάσεων: ≤ 10:1

• ακτίνα κάμψης: ≥ 1,5× πλάτος καναλιού

• σχεδιασμός εισόδου/εξόδου με στόμιο καμπάνας

• προαιρετικά εσωτερικά πτερύγια για βελτιωμένη μεταφορά θερμότητας

δομικός σχεδιασμός

• ομοιόμορφο πάχος τοιχώματος

• νευρώσεις ενίσχυσης σε κρίσιμα σημεία

• διάταξη τοποθέτησης χωρίς άγχος

• ανοχή θερμικής διαστολής

στρατηγική επιλογής υλικού

• γενικές εφαρμογές: 6063-t5

• εφαρμογές υψηλής απόδοσης: 6061-t6

• σκληρά περιβάλλοντα: πρόσθετες επιστρώσεις

βελτιστοποίηση κόστους

• τυποποιημένες διατομές

• βελτιωμένη αξιοποίηση υλικών

• μειωμένη δευτερογενής κατεργασία

• οικονομίες κλίμακας στη μαζική παραγωγή

Με την μονοκόμματη εξωθημένη δομή τους, τον χαμηλό κίνδυνο διαρροών, την υψηλή αξιοπιστία και την εξαιρετική οικονομική αποδοτικότητα, οι εξωθημένες πλάκες ψύξης με υγρό διαδραματίζουν αναντικατάστατο ρόλο σε εφαρμογές ψύξης με κρύες πλάκες υψηλής πυκνότητας ισχύος. Καθώς βιομηχανίες όπως τα ηλεκτρικά οχήματα, τα κέντρα δεδομένων, οι επικοινωνίες 5G και οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας συνεχίζουν να αναπτύσσονται, οι προσαρμοσμένες κρύες πλάκες και οι προσαρμοσμένες λύσεις κρύων πλακών με υγρό διαφορικό θα εξελιχθούν προς υψηλότερη απόδοση, ελαφρύτερο βάρος και πιο έξυπνη θερμική διαχείριση, παρέχοντας ισχυρές και κλιμακούμενες λύσεις για συστήματα ψύξης με υγρό διαφορικό επόμενης γενιάς.