กระบวนการผลิตแผ่นระบายความร้อนเหลวแบบอัดรีด

แผ่นระบายความร้อนเหลวแบบอัดขึ้นรูปเป็นส่วนประกอบการจัดการความร้อนแบบบูรณาการที่ผลิตขึ้นโดยกระบวนการอัดขึ้นรูปโลหะผสมอลูมิเนียม แผ่นระบายความร้อนเหลวเหล่านี้ใช้สารหล่อเย็นที่เป็นของเหลว เช่น น้ำ สารละลายน้ำ-ไกลคอล หรือของเหลวที่มีฟลูออรีน เพื่อให้เกิดการแลกเปลี่ยนความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ

คุณสมบัติหลักของเทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบแผ่นเย็นนี้คือ การสร้างช่องทางการไหลภายในแบบปิดหรือแบบหลายช่องภายในโปรไฟล์อลูมิเนียมอัดขึ้นรูปชิ้นเดียว โครงสร้างนี้ให้ความต้านทานการไหลต่ำ ทนต่อแรงดันสูง การออกแบบที่กะทัดรัด และต้นทุนที่ควบคุมได้ ทำให้มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูง ชุดแบตเตอรี่ ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวสำหรับเซิร์ฟเวอร์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง

การเข้าใจหลักการทำงานของแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง: ความร้อนจะถูกนำจากแหล่งความร้อนเข้าสู่ตัวแผ่นระบายความร้อน ถ่ายเทไปยังช่องทางการไหลของของเหลวภายใน และจากนั้นจะถูกพาออกไปโดยการพาความร้อนแบบบังคับ เมื่อเปรียบเทียบกับแผ่นระบายความร้อนแบบท่อหรือแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบเชื่อมประสานแล้ว การออกแบบโดยการอัดขึ้นรูปจะให้ความแข็งแรงของโครงสร้างที่สูงกว่าและลดความเสี่ยงต่อการรั่วไหลได้

ลักษณะทางเทคนิคหลัก

• one-piece extruded flow channels
  seamless internal channels formed during การอัดรีด 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 การออกแบบช่องทางการไหลs
  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
  แรงดันระเบิด: ≥ 3.0 mpa

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

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

สถานการณ์การใช้งานทั่วไป

• ระบบแผ่นระบายความร้อนด้วยน้ำสำหรับชุดแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า

• แผ่นระบายความร้อน CPU/GPU สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

• ระบบระบายความร้อนด้วยเลเซอร์กำลังสูง

• การระบายความร้อนด้วยแผ่นเย็นของ IGBT และโมดูลพลังงาน

• การจัดการความร้อนของระบบจัดเก็บพลังงาน

กระบวนการผลิตแผ่นระบายความร้อนเหลวแบบอัดขึ้นรูป

1. ขั้นตอนการเตรียมวัตถุดิบ

การคัดเลือกแท่งอลูมิเนียม → การวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมี (สเปกโทรเมตร) → การทดสอบคุณสมบัติทางกล (ความแข็ง ความแข็งแรงดึง) → การเตรียมการก่อนการผลิต (การตัด การกลึงหน้าตัด) → การจัดเก็บวัสดุ

• เกรดโลหะผสม: 6061-t5 / t6, 6063-t5

• เส้นผ่านศูนย์กลางแท่งโลหะ: φ100–φ300 มม.

• ความแม่นยำในการประมวลผลล่วงหน้า:

• ความคลาดเคลื่อนของความยาว: ±1 มม.

• ความตั้งฉากของหน้าตัด: ≤ 0.1 มม.

2. ขั้นตอนการออกแบบและการผลิตแม่พิมพ์

การออกแบบช่องทางการไหล (การเพิ่มประสิทธิภาพด้วยการจำลองความร้อน CFD) → การออกแบบแม่พิมพ์อัดขึ้นรูป (รูทางเข้า ห้องเชื่อม พื้นที่รองรับ) → การเลือกเหล็กแม่พิมพ์ (เหล็กเครื่องมือร้อน H13) → การกลึงหยาบด้วยเครื่อง CNC → การอบชุบความร้อน (การชุบแข็ง + การอบคืนตัวสามครั้ง) → การกลึงละเอียด (EDM การตัดด้วยลวด) → การขัดเงา (ความเรียบของพื้นที่รองรับ RA ≤ 0.4 μm) → การตรวจสอบความถูกต้องของการอัดขึ้นรูปทดลอง

ขั้นตอนนี้เป็นตัวกำหนดรูปทรงภายในและประสิทธิภาพของแผ่นระบายความร้อนเหลวแบบอัดขึ้นรูปโดยตรง ซึ่งแตกต่างจากโครงสร้างแผ่นระบายความร้อนเหลวแบบบัดกรีที่อาศัยการยึดติดหลังการประกอบ

3. ขั้นตอนการขึ้นรูปด้วยการอัดรีด

การอุ่นแท่งอลูมิเนียม (480–520°C) → การอุ่นแม่พิมพ์ (450–480°C) → การตั้งค่าพารามิเตอร์การอัดขึ้นรูป → การอัดขึ้นรูปโปรไฟล์ (ความเร็ว 1–5 เมตร/นาที) → การชุบแข็งแบบออนไลน์ (ระบายความร้อนด้วยอากาศหรือละอองน้ำ) → การดึงและการยืดให้ตรง → การตัดตามความยาวที่กำหนด → การอบชุบเพื่อเพิ่มความแข็งแรง (สภาวะ T5 / T6)

กระบวนการอัดรีดช่วยให้เกิดช่องทางการไหลภายในที่สม่ำเสมอ ซึ่งสนับสนุนประสิทธิภาพการระบายความร้อนด้วยของเหลวของแผ่นระบายความร้อนได้อย่างเสถียร

4. แท่นตัดเฉือน CNC ความแม่นยำสูง

การกลึงพื้นผิวอ้างอิง (การกำหนดระบบพิกัด) → การกลึงหน้าตัด (การเปิดช่องทางการไหล) → การกลึงส่วนต่อประสาน (พอร์ตทางเข้า/ออก รูยึด) → การกลึงพื้นผิวซีล (ความเรียบ ≤ 0.05 มม.) → การลบคม → การตรวจสอบความสะอาด

ข้อกำหนดด้านการตัดเฉือน

• ร่องปิดผนึกปลายหน้าตัด:

• ค่าความคลาดเคลื่อนของความกว้าง ±0.02 มม.

• ค่าความคลาดเคลื่อนของความลึก ±0.01 มม.

• รูเกลียว:

• ความแม่นยำ 7 ชั่วโมง

• ความตั้งฉาก ≤ 0.05 มม.

• ความเรียบของพื้นผิวติดตั้ง: ≤ 0.1 มม. / 100 มม.

• ความสะอาด:

• อนุภาค ≤ 100 ชิ้น/ตร.ม.

• ปริมาณน้ำมันตกค้าง ≤ 10 มก./ตร.ม.

5. การเตรียมงานกลึงและเชื่อมฝาปิดปลาย

การเลือกวัสดุฝาปิดปลาย (โลหะผสมชนิดเดียวกันหรือที่เข้ากันได้) → การตกแต่งด้วยเครื่อง CNC → การตกแต่งพื้นผิวสำหรับการปิดผนึก (ra ≤ 1.6 μm) → การกลึงร่องเชื่อม → การทำความสะอาด (การทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิค) → การจัดวางตำแหน่งประกอบ (อุปกรณ์จับยึดเฉพาะ)

พารามิเตอร์การออกแบบฝาปิดปลาย

• ความหนา: 3–10 มม. (ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดด้านแรงดัน)

• วิธีการปิดผนึก:

• การซีลร่องโอริง

• การปิดผนึกแบบเรียบ

• การปิดผนึกด้วยการเชื่อมอย่างสมบูรณ์

• ตัวเลือกการเชื่อม:

• การเชื่อมแบบเสียดทานกวน (FSW)

• การเชื่อมด้วยเลเซอร์

• การเชื่อม TIG

6. ขั้นตอนการเชื่อมและการปิดผนึก

การเลือกกระบวนการเชื่อม → การประกอบอุปกรณ์จับยึด → การตั้งค่าพารามิเตอร์การเชื่อม → การดำเนินการเชื่อมแบบอัตโนมัติ → การอบชุบความร้อนหลังการเชื่อม (การลดความเค้น) → การตรวจสอบลักษณะรอยเชื่อม

การเปรียบเทียบกระบวนการเชื่อม

• การเชื่อมแบบเสียดทานกวน (FSW):
  no filler material, high joint strength, ideal for long straight seams

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

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

7. การทดสอบแรงดันและการปิดผนึก

• การทดสอบการรั่วไหลของฮีเลียม

• การทดสอบแรงดันไฮโดรสแตติก (1.5 เท่าของแรงดันใช้งาน)

• การทดสอบแรงดันระเบิด (≥ 3 เท่าของแรงดันใช้งาน)

• การทดสอบวัฏจักรแรงดัน (100,000 รอบ)

มาตรฐานการทดสอบ

• อัตราการรั่วไหล: ≤ 1×10⁻⁷ มิลลิบาร์·ลิตร/วินาที (ฮีเลียม)

• การรักษาแรงดัน: 1.5 mpa × 5 นาที, แรงดันลดลง ≤ 0.01 mpa

• แรงดันระเบิด: ≥ 3.0 mpa

• การทดสอบการเปลี่ยนแปลงความดัน: 0.2–1.0 mpa, 100,000 รอบโดยไม่มีการรั่วซึม

8. ขั้นตอนการปรับสภาพพื้นผิว (ไม่บังคับ)

ขั้นตอนเตรียมพื้นผิว (การขจัดคราบไขมัน การดอง) → การชุบอะโนไดซ์ (สีธรรมชาติ / สีดำ) → การเคลือบผิว → การเคลือบผิวที่มีคุณสมบัติพิเศษ → การอบและการอบแห้ง

ตัวเลือกการตกแต่งพื้นผิว

• การชุบอะโนไดซ์:

• ความหนา 10–15 ไมโครเมตร

• ความแข็งแรงทางไฟฟ้า ≥ 500 โวลต์

• การชุบนิกเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า:

• ความหนา 10–20 ไมโครเมตร

• ความต้านทานการกัดกร่อนที่เพิ่มขึ้น

• ptfe coating:
  improved chemical resistance

• insulating coatings:
  for electrical isolation requirements

9. กระบวนการทำความสะอาดและทำให้แห้ง

การล้างด้วยน้ำแรงดันสูง → การทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิค (น้ำยาทำความสะอาดที่เป็นกลาง) → การล้างแบบไหลย้อนกลับสามขั้นตอน → การอบแห้งด้วยลมร้อน (80–100°C) → การอบแห้งด้วยระบบสุญญากาศ (สำหรับงานที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูง) → การเติมไนโตรเจนเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชัน

มาตรฐานความสะอาด

• ขนาดอนุภาค: ≤ 50 ไมโครเมตร

• สารตกค้างที่ไม่ระเหย: ≤ 10 มก./ตร.ม.

• ปริมาณไอออนคลอไรด์: ≤ 1 ppm

• ค่าการนำไฟฟ้า: ≤ 5 μs/cm

10. ชุดประกอบอุปกรณ์เสริม

การติดตั้งซีล (ซิลิโคน / fkm / epdm) → การประกอบข้อต่อแบบปลดเร็ว → การติดตั้งเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ (ไม่บังคับ) → การติดตั้งเซ็นเซอร์วัดความดัน (ไม่บังคับ) → การติดฉลาก (ข้อมูลผลิตภัณฑ์และทิศทางการไหล)

ข้อกำหนดอุปกรณ์เสริม

• วัสดุสำหรับซีล: EPDM, FSKM, ซิลิโคน (−40°C ถึง 150°C)

• มาตรฐานขั้วต่อ: DIN, SAE, JIS, BSPP

• ความแม่นยำของเซ็นเซอร์:

• อุณหภูมิ ±0.5°C

• ความดัน ±1% fs

11. การทดสอบประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป

การทดสอบความต้านทานความร้อน (วิธีแหล่งความร้อนมาตรฐาน) → การทดสอบความต้านทานการไหล (กราฟการไหลเทียบกับความดันตก) → การทดสอบความสม่ำเสมอของการไหล (การออกแบบหลายช่องทาง) → การทดสอบความทนทาน (การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและความดัน) → การตรวจสอบการรั่วไหลของฮีเลียมครั้งสุดท้าย (การตรวจสอบ 100%)

ตัวชี้วัดประสิทธิภาพ

• ความต้านทานความร้อน: 0.01–0.05 °C/w (ขึ้นอยู่กับการออกแบบและอัตราการไหล)

• ความต้านทานการไหล: ≤ 50 กิโลปาสคาล ที่อัตราการไหล 10 ลิตร/นาที (โดยทั่วไป)

• ค่าเบี่ยงเบนความสม่ำเสมอของการไหล: ≤ 10%

• ช่วงอุณหภูมิการทำงาน: −40°C ถึง 120°C

12. การตรวจสอบขั้นสุดท้ายและการบรรจุหีบห่อ

การตรวจสอบด้วยสายตา → การสุ่มตัวอย่างตามขนาด (cmm) → การจัดทำเอกสาร → บรรจุภัณฑ์ป้องกันการกัดกร่อน (vci) → บรรจุภัณฑ์กันกระแทก → การติดฉลากกล่องด้านนอก

ข้อกำหนดบรรจุภัณฑ์

• การปกป้องแบบหน่วยเดียว: ถุง PE + กระดาษ VCI

• การจัดวางบรรจุภัณฑ์: การจัดวางในแนวตั้ง

• เนื้อหาบนฉลาก: รหัสสินค้า, วันที่ผลิต, ทิศทางการไหล, เครื่องหมายระบุว่าสินค้าแตกหักง่าย

• สภาวะการเก็บรักษา: −10°C ถึง 40°C, ความชื้นสัมพัทธ์ ≤ 70%

13. การจัดทำเอกสารและการตรวจสอบย้อนกลับ

ใบรับรองความสอดคล้อง → ใบรับรองวัสดุ → รายงานการทดสอบประสิทธิภาพ → บันทึกกระบวนการ → ฉลากตรวจสอบย้อนกลับ (คิวอาร์โค้ด / บาร์โคด) → คู่มือการติดตั้งและการใช้งาน

จุดควบคุมที่สำคัญต่อคุณภาพ (CTQ)

ความสามารถในการประมวลผลและกำลังการผลิต

• ความกว้างในการอัดขึ้นรูป: 30–300 มม.

• ความสูง: 10–100 มม.

• ความยาว: 500–6000 มม.

• ความหนาของผนังขั้นต่ำ:

• ความหนาของผนังช่อง: 1.0 มม.

• ผนังด้านนอก: 1.5 มม.

• ความหยาบของพื้นผิว:

• พื้นผิวที่ขึ้นรูปด้วยการอัดรีด: ra ≤ 3.2 μm

• พื้นผิวที่ผ่านการกลึง: ra ≤ 1.6 μm

แนวทางการออกแบบและแนวปฏิบัติที่ดีที่สุด

การออกแบบช่องทางการไหล

• เส้นผ่านศูนย์กลางไฮดรอลิก: 4–8 มม.

• อัตราส่วนภาพ: ≤ 10:1

• รัศมีโค้ง: ≥ 1.5 เท่าของความกว้างของราง

• การออกแบบทางเข้า/ออกรูปทรงปากระฆัง

• ครีบภายในเสริมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน

การออกแบบโครงสร้าง

• ความหนาของผนังสม่ำเสมอ

• ซี่โครงเสริมแรงในจุดสำคัญ

• รูปแบบการติดตั้งที่ไร้ความเครียด

• ค่าเผื่อการขยายตัวทางความร้อน

กลยุทธ์การคัดเลือกวัสดุ

• การใช้งานทั่วไป: 6063-t5

• การใช้งานประสิทธิภาพสูง: 6061-t6

• สภาพแวดล้อมที่รุนแรง: การเคลือบเพิ่มเติม

การเพิ่มประสิทธิภาพต้นทุน

• ภาคตัดขวางมาตรฐาน

• การใช้ประโยชน์จากวัสดุที่ดีขึ้น

• ลดการตัดเฉือนขั้นที่สอง

• การประหยัดจากขนาดในการผลิตจำนวนมาก

ด้วยโครงสร้างแบบชิ้นเดียวที่ขึ้นรูปด้วยการอัดรีด ความเสี่ยงต่อการรั่วไหลต่ำ ความน่าเชื่อถือสูง และประสิทธิภาพด้านต้นทุนที่ยอดเยี่ยม แผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบอัดรีดจึงมีบทบาทที่ขาดไม่ได้ในงานระบายความร้อนด้วยแผ่นระบายความร้อนที่มีความหนาแน่นพลังงานสูง เนื่องจากอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น รถยนต์ไฟฟ้า ศูนย์ข้อมูล การสื่อสาร 5G และพลังงานหมุนเวียนยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่อง แผ่นระบายความร้อนแบบกำหนดเองและโซลูชันแผ่นระบายความร้อนด้วยของเหลวแบบกำหนดเองจะพัฒนาไปสู่ประสิทธิภาพที่สูงขึ้น น้ำหนักเบาขึ้น และการจัดการความร้อนที่ชาญฉลาดขึ้น ซึ่งจะมอบโซลูชันที่แข็งแกร่งและปรับขนาดได้สำหรับระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวรุ่นต่อไป