Mga Brazed Liquid Cold Plate: Gabay sa Inhinyeriya para sa mga High-Performance Thermal Solutions

Dahil patuloy na tumataas ang densidad ng kuryente sa mga sistema ng kuryente, high-performance computing, imbakan ng enerhiya, at power electronics, ang mga liquid cold plate ay naging isa sa mga pinakaepektibong solusyon sa pagpapalamig na magagamit.

Sa iba't ibang teknolohiya sa pagmamanupaktura, ang brazed liquid cold plate ay namumukod-tangi dahil sa pagiging maaasahan nito sa istruktura, pagganap sa pagbubuklod, at kakayahang suportahan ang mga kumplikadong panloob na daluyan ng daloy.

Ang artikulong ito ay nagbibigay ng isang propesyonal na pangkalahatang-ideya ng:

· pagpili ng materyal (tanso vs aluminyo)

· mga prinsipyo ng pagpapatigas gamit ang vacuum

· daloy ng proseso ng pagmamanupaktura

· ang mga bentahe ng teknolohiya ng vacuum brazed liquid cold plate

· pagpapatunay ng pagganap at kontrol sa kalidad

· mga senaryo ng aplikasyon

1. Ano ang isang brazed liquid cold plate?

Ang isang brazed liquid cold plate ay isang multi-layer metal thermal component na ginagawa sa pamamagitan ng pagpapatong-patong at pagdudugtong ng manipis na metal sheet—karaniwan ay aluminum alloys—sa pamamagitan ng vacuum brazing. Ang proseso ay bumubuo ng mga selyadong internal coolant channel na kayang humawak ng mataas na presyon at mataas na heat flux.

Hindi tulad ng mga plate na minani o friction stir-welded, ang isang vacuum brazed liquid cold plate ay lumilikha ng metallurgical bond sa pagitan ng mga layer gamit ang filler metal na may mas mababang melting point kaysa sa base material. Ang base metal ay nananatiling solid, habang ang brazing filler ay natutunaw at dumadaloy sa pamamagitan ng capillary action upang bumuo ng mga high-strength joints.

Kabilang sa mga pangunahing katangian ang:

· lakas ng metalurhikong pagdidikit hanggang 80–95% ng base metal

· bilis ng pagtagas ≤ 1×10⁻⁷ mbar·l/s

· resistensya sa mataas na presyon (presyon ng pagsabog ≥ 3× presyon ng pagtatrabaho)

· mababang interfacial thermal resistance

· kakayahang magdisenyo ng masalimuot na multi-layer flow channel

2. pagpili ng materyal: aluminyo vs tanso

Mayroong dalawang pangunahing materyales na ginagamit sa mga likidong malamig na plato:

2.1 haluang metal na aluminyo

Malawakang ginagamit ang aluminyo dahil sa:

· mas mababang densidad (humigit-kumulang 1/3 ng tanso)

· mas mababang gastos sa materyales

· mahusay na kondaktibiti ng init (150–200 w/m·k)

· mahusay na resistensya sa kalawang

· pagiging tugma sa pagpapatigas gamit ang vacuum

mga karaniwang materyales:

· Mga sheet na aluminyo na nababalutan ng 3003/4343

· 6061 aluminyo para sa mga istrukturang base

Ang aluminyo ang mas mainam na solusyon maliban kung kinakailangan ang napakataas na kakayahan sa pagkalat ng init.

2.2 tanso

mga alok na tanso:

· thermal conductivity hanggang 400 w/m·k

· mahusay na pagganap sa pagkalat ng init

gayunpaman:

· mas mataas na timbang

· mas mataas na gastos

· mas mahirap na pagproseso

samakatuwid, ang tanso ay karaniwang nakalaan para sa mga aplikasyon na may mataas na daloy ng kuryente tulad ng mga sistema ng laser o mga modyul ng matinding kuryente.

3. mga teknolohiya sa hinang na ginagamit sa mga likidong malamig na plato

Ang mga platong pinalamig ng tubig ay karaniwang ginagawa gamit ang isa sa mga sumusunod na proseso ng pagdudugtong:

· pagpapatigas gamit ang vacuum

· hinang na may friction stir

· hinang gamit ang laser

· hinang argon arc

· pagbubuklod ng diffusion

Kabilang sa mga ito, ang teknolohiyang vacuum brazed liquid cold plate ay malawakang ginagamit para sa mga produktong aluminyo dahil sa kakayahang umangkop sa istruktura at kahusayan sa batch production.

4. prinsipyo ng pagpapatigas gamit ang vacuum

Ang vacuum brazing ay isinasagawa sa loob ng isang high-vacuum furnace (≤5×10⁻³ pa). Ang proseso ay kinabibilangan ng:

· pinapainit ang buong assembly sa ilalim ng vacuum.

· Ang filler metal (clad layer tulad ng 4343 aluminum alloy) ay natutunaw sa ~580–600°c.

· ang tinunaw na tagapuno ay dumadaloy sa pamamagitan ng capillary action papunta sa mga puwang sa kasukasuan.

· nangyayari ang pagsasabog sa pagitan ng tagapuno at base metal.

· nabubuo ang metalurhikong pagbubuklod pagkatapos ng kontroladong paglamig.

pag-alis ng oxide film sa aluminyo

Ang mga ibabaw ng aluminyo ay natural na bumubuo ng isang matatag na patong ng al₂o₃ oxide, na pumipigil sa pagkabasa.

sa pagpapatigas gamit ang vacuum:

· Ang magnesiyo (mg) ay gumaganap bilang isang activator.

· Ang mg ay tumutugon sa natitirang oksiheno at halumigmig.

· Ang singaw ng mg ay kumakalat sa ilalim ng oxide film.

· ang pagbuo ng mababang-natutunaw na al-si-mg phase ay sumisira sa pagdikit ng oksido.

· ang tinunaw na tagapuno ay nababasa at kumakalat sa ibabaw ng base metal.

Ang mekanismong ito ay nagbibigay-daan sa malinis at walang daloy na pagdudugtong at makabuluhang nagpapabuti sa resistensya sa kalawang.

5. proseso ng paggawa ng mga brazed liquid cold plate

5.1 paghahanda ng hilaw na materyales

· beripikasyon ng nakabalot na aluminum sheet

· pagsukat ng kapal

· inspeksyon sa kalinisan ng ibabaw

· pagsusuri sa pagsunod sa rohs/reach

· pag-aalis ng grasa at pag-activate ng asido

5.2 disenyo at simulasyon

· Simulasyon ng thermal-fluid na cfd

· pagsusuri ng istruktura ng fea

· hula sa pagpapapangit ng brazing

· pag-optimize ng dfm

5.3 pag-stamping at pagbuo ng channel

Ang progresibong die stamping ay bumubuo ng mga panloob na channel.

karaniwang mga parameter:

· lalim ng kanal: 0.8–5.0mm

· taas ng burr: ≤0.02mm

· pagpapahintulot sa posisyon: ±0.03mm

5.4 katumpakan ng paglilinis

· pag-alis ng alkaline grasa

· Paglilinis gamit ang ultrasonic (40khz, 50°c)

· pag-activate ng asido

· ng banlawan ng tubig

· pagpapatuyo gamit ang mainit na hangin

Ang kalinisan ay mahalaga upang matiyak ang wastong pagbasa ng pagpapatigas.

5.5 pagpapatong-patong at pag-assemble

· pag-align ng layer gamit ang mga fixture na may katumpakan

· pagpapahintulot sa pagpoposisyon ≤0.05mm

· pare-parehong puwang sa patong: 0.05–0.15mm

· pansamantalang pag-aayos

5.6 na siklo ng pagpapatigas ng vacuum

· ikarga sa pugon

· vacuum ≤5×10⁻³ pa

· kontroladong pag-init hanggang 580–600°c

· hawakan nang 5–15 minuto

· kontroladong pagpapalamig upang mabawasan ang stress

Tinitiyak ng pantay na pag-init ang minimal na thermal distortion at pantay na pagbuo ng kasukasuan.

5.7 pagproseso pagkatapos ng pagpapatigas

· haydroliko na pagpapatag

· pagma-machining ng mga port gamit ang cnc

· paggiling sa ibabaw na may pagbubuklod (ra ≤1.6μm)

· pag-alis ng bara

· pangwakas na paglilinis

6. ang mga bentahe ng teknolohiya ng vacuum brazed liquid cold plate

Ang mga bentahe ng paggawa ng vacuum brazed liquid cold plate ay kinabibilangan ng:

6.1 mataas na integridad ng istruktura

Maraming dugtungan ang maaaring i-braze nang sabay-sabay sa buong ibabaw. Pinapayagan ng pugon ang pagpapatong-patong, na nagbibigay-daan sa batch processing.

6.2 mahusay na resistensya sa presyon

ang mga produkto ay nakakatiis ng mataas na presyon sa pagpapatakbo nang walang deformasyon.

tipikal:

· presyon ng pagtatrabaho: 1.0 mpa

· presyon ng pagsabog: ≥3.0 mpa

6.3 superior na higpit ng tagas

bilis ng pagtagas ng helium:

≤ 1×10⁻⁷ mbar·l/s

mainam para sa mga pangmatagalang sistema ng EV at HPC.

6.4 minimal na thermal stress

ang buong assembly ay pantay na pinainit, na binabawasan ang distortion at residual stress.

6.5 kumplikadong kakayahan sa daloy ng channel

Ang vacuum brazing ay nagbibigay-daan sa:

· mga kanal na parang ahas

· mga parallel na channel

· mga istrukturang sanga ng puno

· mga network ng grid

Pinapabuti ng kumplikadong topolohiya ang distribusyon ng daloy at pagkakapareho ng init.

6.6 mahusay na resistensya sa kalawang

walang ginamit na flux residue, na pumipigil sa mga isyu ng post-process corrosion.

7. pagpapatunay ng pagganap at kontrol sa kalidad

7.1 pagsubok sa tagas

· paghawak ng presyon ng hangin

· pagsubok sa ispektrometro ng masa ng helium

· pagsubok sa presyon ng tubig (1.5× presyon ng pagtatrabaho)

7.2 pagsubok sa pagganap ng init

· kunwaring karga ng init (500–5000w)

· pagsukat ng resistensya sa init

· pagtanggap: ≤ halaga ng disenyo +10%

7.3 pagsusuri sa istruktura

· pagsubok sa presyon ng pagsabog

· pag-ikot ng presyon (100,000 na siklo)

· pagsubok sa panginginig ng boses (10–500hz)

7.4 pagiging maaasahan sa kapaligiran

· spray ng asin ≥48–96 oras

· thermal cycling

8. mga aplikasyon ng mga brazed liquid cold plate

Dahil sa kanilang pagiging maaasahan at kakayahang umangkop sa istruktura, ang mga brazed liquid cold plate solution ay malawakang ginagamit sa:

· mga pack ng baterya ng ev

· mga modyul ng igbt

· mga inverter na may mataas na kapangyarihan

· likidong pagpapalamig ng gpu/cpu

· Mga sistema ng komunikasyon ng 5g

· kagamitang laser

· mga sistema ng medikal na imaging

Sa mga aplikasyon na may mataas na densidad ng kuryente kung saan hindi sapat ang paglamig ng hangin, ang teknolohiyang vacuum brazed liquid cold plate ay nag-aalok ng matatag at pangmatagalang pamamahala ng init.

9. mga limitasyon ng vacuum brazing

Bagama't lubos na epektibo, ang vacuum brazing ay may mga konsiderasyon:

· mataas na gastos sa pamumuhunan sa pugon

· prosesong masinsinang gumagamit ng enerhiya

· bumababa ang katigasan ng materyal pagkatapos ng siklo ng mataas na temperatura

· nangangailangan ng mahigpit na paglilinis at kontrol sa proseso

gayunpaman, para sa katamtaman hanggang mataas na dami ng produksyon na may mga kumplikadong istruktura ng channel, ang mga benepisyo ay mas malaki kaysa sa mga limitasyong ito.

Ang isang brazed liquid cold plate ay kumakatawan sa isa sa mga pinaka-maaasahan at pinaka-maunlad sa istrukturang solusyon sa modernong teknolohiya ng liquid cold plates.

sa pamamagitan ng vacuum brazing:

· naisakatuparan ang mga kumplikadong sistema ng multi-layer channel

· nakakamit ang mataas na presyon ng pagbubuklod

· pinapanatili ang mababang thermal resistance

· pinahusay ang resistensya sa kalawang

Kapag kritikal ang thermal performance, structural reliability, at mahabang buhay ng serbisyo, ang vacuum brazed liquid cold plate ay nagbibigay ng napatunayan at nasusukat na solusyon para sa mahihirap na industriyal at elektronikong aplikasyon sa pagpapalamig.