תהליך ייצור של צלחות קרות נוזליות מוחצנות

לוחות קור נוזלי אקסטרודיים הם רכיבי ניהול תרמי משולבים המיוצרים באמצעות תהליכי אקסטרוזיה של סגסוגת אלומיניום. לוחות קור נוזלי אלה משתמשים באמצעי קירור נוזליים - כגון מים, תערובות מים-גליקול או נוזלים פלואוריים - כדי להשיג חילופי חום יעילים.

המאפיין המרכזי של טכנולוגיית קירור נוזלי זו באמצעות פלטות קרות הוא יצירת תעלות זרימה פנימיות סגורות או מרובות חללים בתוך פרופיל אלומיניום אקסטרודד יחיד. מבנה זה מספק עמידות זרימה נמוכה, סבילות לחץ גבוהה, עיצוב קומפקטי ועלות מבוקרת, מה שהופך אותו לשימוש נרחב באלקטרוניקה בצפיפות הספק גבוהה, חבילות סוללות, קירור נוזלי לשרתים ואלקטרוניקה להספק.

הבנת אופן פעולתן של פלטות נוזליות קורות היא קריטית: חום מועבר ממקור החום אל גוף הפלטה הקרה, מועבר לתעלות זרימת הנוזל הפנימיות, ולאחר מכן נישא משם באמצעות הסעה כפויה. בהשוואה לפלטות נוזליות קורות עם צינורות או פלטות נוזליות קורות מולחמות, עיצובים אקסטרודיים מציעים שלמות מבנית גבוהה יותר וסיכון מופחת לדליפות.

מאפיינים טכניים מרכזיים

• one-piece extruded flow channels
  seamless internal channels formed during שִׁחוּל 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 תכנון תעלת הזרימהs
  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
  לחץ פרץ: ≥ 3.0 mpa

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

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

תרחישי יישום אופייניים

• מערכות קירור מים של סוללות לרכב חשמלי

• לוחות קירור למעבד/כרטיס זיכרון גרפי של שרתים עבור אלקטרוניקה

• מערכות קירור לייזר בעלות עוצמה גבוהה

• קירור לוחות קירור של מודולי igbt וכוח

• ניהול תרמי של מערכת אחסון אנרגיה

תהליך ייצור של צלחות קרות נוזליות שחול

1. שלב הכנת חומרי הגלם

בחירת בילט אלומיניום → ניתוח הרכב כימי (ספקטרומטר) → בדיקת תכונות מכניות (קשיות, חוזק מתיחה) → עיבוד מקדים (חיתוך, עיבוד שבבי בקצה) → אחסון חומרים

• דרגות סגסוגת: 6061-t5 / t6, 6063-t5

• קוטר בילט: φ100–φ300 מ"מ

• דיוק טרום עיבוד:

• סובלנות אורך: ±1 מ"מ

• ניצב פני הקצה: ≤ 0.1 מ"מ

2. שלב תכנון וייצור התבנית

תכנון תעלות זרימה (אופטימיזציה של סימולציית תרמית CFD) → תכנון תבניות שחול (פתחי פתח, תא ריתוך, אזור מיסב) → בחירת פלדת תבניות (פלדת כלי עבודה חמה H13) → עיבוד גס CNC → טיפול בחום (מרווה + הרפיה משולשת) → עיבוד מדויק (EDM, חיתוך חוטים) → ליטוש (אזור מיסב RA ≤ 0.4 מיקרומטר) → אימות ניסויי שחול

שלב זה קובע ישירות את הגיאומטריה הפנימית והביצועים של לוחות נוזלים קרים שעברו שיחול, ומבדיל אותם ממבני לוחות נוזלים קרים מולחמים המסתמכים על קשירה לאחר ההרכבה.

3. שלב יצירת שיחול

חימום מוקדם של בילט אלומיניום (480-520°C) → חימום מוקדם של תבנית (450-480°C) → הגדרת פרמטרים של שיחול → שיחול פרופיל (מהירות 1-5 מטר/דקה) → מרווה מקוונת (קירור באוויר או בערפל) → משיכה ויישור → חיתוך באורך קבוע → טיפול הזדקנות (תנאי t5 / t6)

תהליך האקסטרוזיה מאפשר ערוצי זרימה פנימיים עקביים התומכים בביצועי קירור נוזלים יציבים של הפלטה.

4. שלב עיבוד שבבי דיוק cnc

עיבוד שבבי של משטח נתון (קביעת מערכת קואורדינטות) → עיבוד שבבי של משטחי קצה (פתיחת תעלת זרימה) → עיבוד שבבי של ממשק (פתחי כניסה/יציאה, חורי הרכבה) → עיבוד שבבי של משטח איטום (שטיחות ≤ 0.05 מ"מ) → הסרת שבבים → בדיקת ניקיון

דרישות עיבוד שבבי

• חריצי איטום בקצה:

• סובלנות רוחב ±0.02 מ"מ

• סבילות עומק ±0.01 מ"מ

• חורים מושחלים:

• דיוק 7 שעות

• אנכיות ≤ 0.05 מ"מ

• שטוחות משטח ההרכבה: ≤ 0.1 מ"מ / 100 מ"מ

• נִקָיוֹן:

• חלקיקים ≤ 100 יחידות/מ"ר

• שאריות שמן ≤ 10 מ"ג/מ"ר

5. עיבוד שבבי והכנה לריתוך של כיפות קצה

בחירת חומר לכיסוי קצה (זהה סגסוגת או סגסוגת תואמת) → גימור CNC → גימור משטח איטום (ra ≤ 1.6 מיקרון) → עיבוד שבבי של חריצי ריתוך → ניקוי (ניקוי אולטרסאונד) → מיקום הרכבה (מתקני ריתוך ייעודיים)

פרמטרים של עיצוב מכסה הקצה

• עובי: 3–10 מ"מ (בהתאם לדרישות הלחץ)

• שיטות איטום:

• איטום חריץ טבעת O

• איטום שטוח

• איטום מלא בריתוך

• אפשרויות ריתוך:

• ריתוך בחיכוך (fsw)

• ריתוך לייזר

• ריתוך טיג

6. שלב הריתוך והאיטום

בחירת תהליך ריתוך ← הרכבת מתקן ריתוך ← הגדרת פרמטרים לריתוך ← ביצוע ריתוך אוטומטי ← טיפול בחום לאחר הריתוך (הקלת מתחים) ← בדיקת מראה הריתוך

השוואה בין תהליכי ריתוך

• ריתוך בחיכוך (fsw):
  no filler material, high joint strength, ideal for long straight seams

• ריתוך לייזר:
  small heat-affected zone, high precision, suitable for complex seams

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

7. בדיקות לחץ ואיטום

• בדיקת דליפת הליום

• בדיקת לחץ הידרוסטטי (לחץ עבודה של פי 1.5)

• בדיקת לחץ התפוצצות (≥ 3× לחץ עבודה)

• בדיקת מחזורי לחץ (100,000 מחזורים)

תקני בדיקה

• קצב דליפה: ≤ 1×10⁻⁷ mbar·l/s (הליום)

• החזקת לחץ: 1.5 mpa × 5 דקות, ירידת לחץ ≤ 0.01 mpa

• לחץ פרץ: ≥ 3.0 mpa

• מחזורי לחץ: 0.2–1.0 mpa, 100,000 מחזורים ללא דליפה

8. שלב טיפול פני השטח (אופציונלי)

טיפול מקדים (הסרת שומנים, כבישה) → אנודייז (טבעי / שחור) → איטום → ציפויים פונקציונליים → אפייה וריפוי

אפשרויות טיפול פני השטח

• אנודיזציה:

• עובי 10–15 מיקרומטר

• חוזק דיאלקטרי ≥ 500 וולט

• ציפוי ניקל אלקטרולס:

• עובי 10–20 מיקרומטר

• עמידות משופרת בפני קורוזיה

• ptfe coating:
  improved chemical resistance

• insulating coatings:
  for electrical isolation requirements

9. תהליך ניקוי וייבוש

שטיפה במים בלחץ גבוה → ניקוי אולטרסאונד (חומר ניקוי ניטרלי) → שטיפה נגדית תלת-שלבית → ייבוש באוויר חם (80-100°C) → ייבוש בוואקום (יישומים בעלי אמינות גבוהה) → מילוי חנקן למניעת חמצון

תקני ניקיון

• גודל חלקיקים: ≤ 50 מיקרומטר

• שאריות לא נדיפות: ≤ 10 מ"ג/מ"ר

• תכולת יוני כלוריד: ≤ 1 ppm

• מוליכות: ≤ 5 מיקרו-שניות/ס"מ

10. הרכבת אביזרים

התקנת אטמים (סיליקון / fkm / epdm) → הרכבת אביזרי חיבור מהיר → התקנת חיישן טמפרטורה (אופציונלי) → התקנת חיישן לחץ (אופציונלי) → תיוג (מידע על המוצר וכיוון הזרימה)

דרישות אביזרים

• חומרי איטום: epdm, fkm, סיליקון (-40°c עד 150°c)

• תקני מחברים: din, sae, jis, bspp

• דיוק חיישן:

• טמפרטורה ±0.5°C

• לחץ ±1% fs

11. בדיקות ביצועים של מוצר מוגמר

בדיקת התנגדות תרמית (שיטת מקור חום סטנדרטית) → בדיקת התנגדות זרימה (עקומת זרימה לעומת ירידת לחץ) → בדיקת אחידות זרימה (עיצובים רב-ערוציים) → בדיקת עמידות (מחזורי תרמית ולחץ) → בדיקה חוזרת סופית של דליפת הליום (בדיקה של 100%)

מדדי ביצועים

• התנגדות תרמית: 0.01–0.05 מעלות צלזיוס/וולט (תלוי בתכנון ובזרימה)

• התנגדות זרימה: ≤ 50 קילו פסקל @ 10 ליטר/דקה (אופייני)

• סטיית אחידות זרימה: ≤ 10%

• טווח טמפרטורות הפעלה: −40°C עד 120°C

12. בדיקה סופית ואריזה

בדיקה ויזואלית → דגימה ממדית (CMM) → הכנת תיעוד → אריזה נגד קורוזיה (VCI) → אריזה עמידה בפני זעזועים → תיוג קרטון חיצוני

מפרט האריזה

• הגנה על יחידה אחת: שקית PE + נייר VCI

• כיוון אריזה: מיקום אנכי

• תוכן התווית: מזהה מוצר, תאריך ייצור, כיוון זרימה, סימון שביר

• תנאי אחסון: 10°C- עד 40°C, ≤ 70% לחות יחסית

13. תיעוד ומעקב

תעודת תאימות ← תעודות חומר ← דוחות בדיקת ביצועים ← רישומי תהליך ← תוויות מעקב (קוד QR / ברקוד) ← מדריך התקנה ותפעול

נקודות בקרה קריטיות לאיכות (ctq)

יכולת תהליך ויכולת ייצור

• רוחב שחול: 30–300 מ"מ

• גובה: 10–100 מ"מ

• אורך: 500–6000 מ"מ

• עובי דופן מינימלי:

• דופן התעלה: 1.0 מ"מ

• דופן חיצונית: 1.5 מ"מ

• חספוס פני השטח:

• משטח שחול: ra ≤ 3.2 מיקרומטר

• משטח מעובד: ra ≤ 1.6 מיקרומטר

הנחיות עיצוב ושיטות עבודה מומלצות

תכנון תעלת הזרימה

• קוטר הידראולי: 4–8 מ"מ

• יחס גובה-רוחב: ≤ 10:1

• רדיוס כיפוף: ≥ 1.5 × רוחב הערוץ

• עיצוב כניסה/יציאה בצורת פעמון

• סנפירים פנימיים אופציונליים להעברת חום משופרת

תכנון מבני

• עובי דופן אחיד

• צלעות חיזוק במקומות קריטיים

• פריסת הרכבה ללא לחץ

• תוספת התפשטות תרמית

אסטרטגיית בחירת חומרים

• יישומים כלליים: 6063-t5

• יישומים בעלי ביצועים גבוהים: 6061-t6

• סביבות קשות: ציפויים נוספים

אופטימיזציה של עלויות

• חתכים סטנדרטיים

• ניצול משופר של חומרים

• עיבוד משני מופחת

• יתרונות גודל בייצור המוני

עם מבנה אקסטרודיזציה העשוי מחתיכה אחת, סיכון דליפה נמוך, אמינות גבוהה ויעילות עלות מעולה, לוחות קור נוזליים אקסטרודיזציה ממלאים תפקיד חיוני ביישומי קירור לוחות קור בצפיפות הספק גבוהה. ככל שתעשיות כמו כלי רכב חשמליים, מרכזי נתונים, תקשורת 5g ואנרגיה מתחדשת ממשיכות לצמוח, לוחות קור בהתאמה אישית ופתרונות לוחות קור נוזליים מותאמים אישית יתפתחו לעבר ביצועים גבוהים יותר, משקל קל יותר וניהול תרמי חכם יותר - ויספקו פתרונות חזקים וניתנים להרחבה עבור מערכות קירור נוזלים מהדור הבא.