Procesul de fabricație a plăcilor reci lichide extrudate

Plăcile reci lichide extrudate sunt componente integrate de gestionare termică, fabricate prin procese de extrudare din aliaj de aluminiu. Aceste plăci reci lichide utilizează medii de răcire lichide - cum ar fi apa, amestecurile apă-glicol sau fluidele fluorurate - pentru a realiza un schimb eficient de căldură.

Caracteristica principală a acestei tehnologii de răcire cu lichid cu placă rece este formarea unor canale de curgere interne închise sau cu mai multe cavități într-un singur profil de aluminiu extrudat. Această structură oferă o rezistență redusă la curgere, o toleranță ridicată la presiune, un design compact și un cost controlat, ceea ce o face utilizată pe scară largă în electronică cu densitate mare de putere, pachete de baterii, răcire cu lichid pentru servere și electronică de putere.

Înțelegerea modului în care funcționează plăcile reci cu lichid este esențială: căldura este condusă de la sursa de căldură în corpul plăcii reci, transferată către canalele interne de curgere a lichidului și apoi transportată prin convecție forțată. Comparativ cu plăcile reci tubulare sau cu plăcile reci cu lichid brazate, modelele extrudate oferă o integritate structurală mai mare și un risc redus de scurgeri.

caracteristici tehnice de bază

• one-piece extruded flow channels
  seamless internal channels formed during extrudare 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 proiectarea canalului de curgeres
  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
  presiune de spargere: ≥ 3,0 mpa

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

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

scenarii tipice de aplicare

• sisteme cu plăci de răcire cu apă pentru bateriile vehiculelor electrice

• plăci reci pentru procesoare/gpu de server pentru electronice

• sisteme de răcire cu laser de mare putere

• răcire cu placă rece IGBT și modul de putere

• management termic al sistemului de stocare a energiei

Procesul de fabricație a plăcilor reci lichide extrudate

1. etapa de preparare a materiei prime

selecția țaglelor de aluminiu → analiza compoziției chimice (spectrometru) → testarea proprietăților mecanice (duritate, rezistență la tracțiune) → pre-procesare (tăiere, prelucrare frontală) → depozitare materiale

• clase de aliaje: 6061-t5 / t6, 6063-t5

• diametrul țaglei: φ100–φ300 mm

• precizia preprocesării:

• toleranță lungime: ±1 mm

• perpendicularitatea feței frontale: ≤ 0,1 mm

2. etapa de proiectare și fabricație a matriței

Proiectarea canalului de curgere (optimizare prin simulare termică CFD) → Proiectarea matriței de extrudare (orificii, cameră de sudare, suprafață de rulment) → Selectarea oțelului matriței (oțel pentru scule H13 pentru prelucrare la cald) → Prelucrare brută CNC → Tratament termic (călire + revenire triplă) → Prelucrare de precizie (eDM, tăiere cu sârmă) → Lustruire (suprafață de rulment ra ≤ 0,4 μm) → Validare prin extrudare de probă

Această etapă determină direct geometria internă și performanța plăcilor reci lichide extrudate, distingându-le de structurile cu plăci reci lichide brazate care se bazează pe lipirea post-asamblare.

3. etapa de formare prin extrudare

preîncălzire țaglă de aluminiu (480–520°C) → preîncălzire matriță (450–480°C) → configurare parametri extrudare → extrudare profil (viteză 1–5 m/min) → călire online (răcire cu aer sau ceață) → tragere și îndreptare → tăiere la lungime fixă → tratament de îmbătrânire (condiție t5 / t6)

Procesul de extrudare permite canale de curgere interne consistente care susțin performanțe stabile de răcire a plăcilor cu lichid.

4. etapa de prelucrare CNC de precizie

Prelucrarea suprafeței de referință (stabilirea sistemului de coordonate) → Prelucrarea feței frontale (deschiderea canalului de curgere) → Prelucrarea interfeței (orificii de intrare/ieșire, găuri de montare) → Prelucrarea suprafeței de etanșare (planeitate ≤ 0,05 mm) → Debavurare → Inspecția curățeniei

cerințe de prelucrare

• caneluri de etanșare la capăt:

• toleranță la lățime ±0,02 mm

• toleranță de adâncime ±0,01 mm

• găuri filetate:

• precizie 7h

• perpendicularitate ≤ 0,05 mm

• Planeitatea suprafeței de montare: ≤ 0,1 mm / 100 mm

• curăţenie:

• particule ≤ 100 buc/m²

• reziduuri de ulei ≤ 10 mg/m²

5. Prelucrarea capacelor terminale și pregătirea sudurii

selecția materialului capacului de capăt (aceeași aliaj sau unul compatibil) → finisare CNC → finisare suprafață de etanșare (ra ≤ 1,6 μm) → prelucrare canal de sudură → curățare (curățare cu ultrasunete) → poziționare ansamblu (dispozitive de fixare dedicate)

parametrii de proiectare a capacului de capăt

• grosime: 3–10 mm (în funcție de cerințele de presiune)

• metode de etanșare:

• etanșare a canelurii cu inel O

• etanșare plană

• etanșare completă prin sudură

• opțiuni de sudare:

• sudare prin frecare-agitare (fsw)

• sudură cu laser

• sudură TIG

6. etapa de sudare și etanșare

selecția procesului de sudare → asamblarea dispozitivului de fixare → setarea parametrilor de sudare → execuția automată a sudării → tratament termic post-sudură (detensionare) → inspecția aspectului sudurii

compararea proceselor de sudare

• sudare prin frecare-agitare (fsw):
  no filler material, high joint strength, ideal for long straight seams

• sudură cu laser:
  small heat-affected zone, high precision, suitable for complex seams

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

7. teste de presiune și etanșare

• testarea scurgerilor de heliu

• testarea presiunii hidrostatice (1,5× presiunea de lucru)

• testarea presiunii de spargere (≥ 3× presiunea de lucru)

• testarea ciclurilor de presiune (100.000 de cicluri)

standarde de testare

• debit de scurgere: ≤ 1×10⁻⁷ mbar·l/s (heliu)

• menținerea presiunii: 1,5 mpa × 5 min, cădere de presiune ≤ 0,01 mpa

• presiune de spargere: ≥ 3,0 mpa

• cicluri de presiune: 0,2–1,0 mpa, 100.000 de cicluri fără scurgeri

8. etapa de tratare a suprafeței (opțional)

pretratare (degresare, decapare) → anodizare (naturală / neagră) → sigilare → acoperiri funcționale → coacere și întărire

opțiuni de tratament al suprafeței

• anodizare:

• grosime 10–15 μm

• Rigiditate dielectrică ≥ 500 V

• nichelare electrolitică:

• grosime 10–20 μm

• rezistență sporită la coroziune

• ptfe coating:
  improved chemical resistance

• insulating coatings:
  for electrical isolation requirements

9. procesul de curățare și uscare

spălare cu apă diluată sub presiune → curățare cu ultrasunete (detergent neutru) → clătire în contracurent în trei etape → uscare cu aer cald (80–100°C) → uscare în vid (aplicații de înaltă fiabilitate) → umplere cu azot pentru prevenirea oxidării

standarde de curățenie

• dimensiunea particulelor: ≤ 50 μm

• reziduu nevolatil: ≤ 10 mg/m²

• conținut de ioni de clorură: ≤ 1 ppm

• conductivitate: ≤ 5 μs/cm

10. ansamblu accesorii

instalare etanșare (silicon / FKM / EPDM) → asamblare fitinguri cu conectare rapidă → instalare senzor de temperatură (opțional) → instalare senzor de presiune (opțional) → etichetare (informații despre produs și direcția de curgere)

cerințe accesorii

• materiale de etanșare: epdm, fkm, silicon (−40°C până la 150°C)

• Standarde conectori: DIN, SAE, JIS, BSP

• precizia senzorului:

• temperatură ±0,5°C

• presiune ±1% fs

11. testarea performanței produsului finit

testarea rezistenței termice (metoda standard a sursei de căldură) → testarea rezistenței la curgere (curba debitului vs. căderea de presiune) → testarea uniformității curgerii (modele multicanal) → testarea durabilității (cicluri termice și de presiune) → reinspecția finală a scurgerilor de heliu (inspecție 100%)

indicatori de performanță

• rezistență termică: 0,01–0,05 °C/w (în funcție de proiectare și de curgere)

• rezistență la curgere: ≤ 50 kpa la 10 l/min (tipic)

• abaterea uniformității debitului: ≤ 10%

• interval de temperatură de funcționare: −40°C până la 120°C

12. inspecția finală și ambalarea

inspecție vizuală → eșantionare dimensională (CMM) → pregătire documentație → ambalare anticorozivă (VCI) → ambalare rezistentă la șocuri → etichetare cutie exterioară

specificațiile de ambalare

• protecție individuală: pungă PE + hârtie VCI

• orientarea ambalării: plasare verticală

• conținutul etichetei: ID produs, data fabricației, direcția de curgere, marcaj fragil

• condiții de depozitare: −10°C până la 40°C, ≤ 70% umiditate relativă

13. documentație și trasabilitate

certificat de conformitate → certificate de materiale → rapoarte de testare a performanței → înregistrări de proces → etichete de trasabilitate (cod QR / cod de bare) → manual de instalare și utilizare

puncte critice de control al calității (CTQ)

capacitatea de proces și capacitatea de producție

• lățime extrudare: 30–300 mm

• înălțime: 10–100 mm

• lungime: 500–6000 mm

• grosimea minimă a peretelui:

• peretele canalului: 1,0 mm

• perete exterior: 1,5 mm

• rugozitatea suprafeței:

• suprafață extrudată: ra ≤ 3,2 μm

• suprafață prelucrată: ra ≤ 1,6 μm

ghiduri de proiectare și cele mai bune practici

proiectarea canalului de curgere

• diametru hidraulic: 4–8 mm

• raport de aspect: ≤ 10:1

• rază de îndoire: ≥ 1,5 × lățimea canalului

• design de intrare/ieșire tip clopot

• aripioare interne opționale pentru un transfer îmbunătățit de căldură

proiectare structurală

• grosime uniformă a peretelui

• nervuri de armare în locuri critice

• configurație de montare fără stres

• toleranță de dilatare termică

strategia de selecție a materialelor

• aplicații generale: 6063-t5

• aplicații de înaltă performanță: 6061-t6

• medii dure: acoperiri suplimentare

optimizarea costurilor

• secțiuni transversale standardizate

• utilizarea îmbunătățită a materialelor

• prelucrare secundară redusă

• economii de scară în producția de masă

Cu structura lor extrudată dintr-o singură piesă, riscul redus de scurgeri, fiabilitatea ridicată și eficiența excelentă a costurilor, plăcile reci cu lichid extrudate joacă un rol de neînlocuit în aplicațiile de răcire cu plăci reci cu densitate mare de putere. Pe măsură ce industrii precum vehiculele electrice, centrele de date, comunicațiile 5G și energia regenerabilă continuă să crească, plăcile reci personalizate și soluțiile personalizate de plăci reci cu lichid vor evolua către performanțe mai mari, greutate mai mică și o gestionare termică mai inteligentă - oferind soluții robuste și scalabile pentru sistemele de răcire cu lichid de generație următoare.