عملية تصنيع ألواح التبريد السائلة المبثوقة

تُعدّ الألواح المبردة السائلة المبثوقة مكونات متكاملة لإدارة الحرارة، تُصنع من خلال عمليات بثق سبائك الألومنيوم. وتستخدم هذه الألواح المبردة السائلة وسائط تبريد سائلة - مثل الماء، أو مخاليط الماء والجليكول، أو السوائل المفلورة - لتحقيق تبادل حراري فعال.

تتمثل الميزة الأساسية لتقنية التبريد السائل باللوحة الباردة هذه في تشكيل قنوات تدفق داخلية مغلقة أو متعددة التجاويف ضمن مقطع جانبي واحد من الألومنيوم المبثوق. يوفر هذا الهيكل مقاومة تدفق منخفضة، وتحملًا عاليًا للضغط، وتصميمًا صغير الحجم، وتكلفة منخفضة، مما يجعله واسع الاستخدام في الإلكترونيات عالية الكثافة، وحزم البطاريات، وتبريد الخوادم السائل، وإلكترونيات الطاقة.

يُعد فهم آلية عمل ألواح التبريد السائلة أمرًا بالغ الأهمية: إذ تنتقل الحرارة من مصدرها إلى جسم اللوح، ثم إلى قنوات تدفق السائل الداخلية، ومنها تُنقل بفعل الحمل الحراري القسري. وبالمقارنة مع ألواح التبريد الأنبوبية أو الملحومة، توفر التصاميم المبثوقة متانة هيكلية أعلى وتقليلًا لمخاطر التسرب.

الخصائص الفنية للمنتج

• one-piece extruded flow channels
  seamless internal channels formed during البثق 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 تصميم قناة التدفقs
  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
  ضغط الانفجار: ≥ 3.0 ميجا باسكال

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

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

سيناريوهات التطبيق النموذجية

• أنظمة تبريد بطاريات المركبات الكهربائية بألواح المياه

• ألواح تبريد لوحدة المعالجة المركزية/وحدة معالجة الرسومات للخوادم الإلكترونية

• أنظمة تبريد الليزر عالية الطاقة

• تبريد لوحة التبريد لوحدة IGBT ووحدة الطاقة

• نظام تخزين الطاقة والإدارة الحرارية

عملية تصنيع ألواح التبريد السائلة المبثوقة

1. مرحلة تحضير المواد الخام

اختيار سبائك الألومنيوم ← تحليل التركيب الكيميائي (باستخدام مطياف) ← اختبار الخواص الميكانيكية (الصلابة، قوة الشد) ← المعالجة المسبقة (القطع، تشكيل السطح النهائي) ← تخزين المواد

• درجات السبائك: 6061-t5 / t6، 6063-t5

• قطر السبيكة: φ100–φ300 مم

• دقة المعالجة المسبقة:

• التفاوت المسموح به في الطول: ±1 مم

• تعامد السطح النهائي: ≤ 0.1 مم

2. مرحلة تصميم وتصنيع القوالب

تصميم قناة التدفق (تحسين المحاكاة الحرارية باستخدام ديناميكيات الموائع الحسابية) ← تصميم قالب البثق (فتحات المنافذ، غرفة اللحام، سطح التحميل) ← اختيار فولاذ القالب (فولاذ أدوات العمل الساخن H13) ← التشغيل الخشن باستخدام الحاسوب ← المعالجة الحرارية (التبريد + التطبيع الثلاثي) ← التشغيل الدقيق (التفريغ الكهربائي، القطع السلكي) ← التلميع (خشونة سطح التحميل ≤ 0.4 ميكرومتر) ← التحقق من صحة البثق التجريبي

تحدد هذه المرحلة بشكل مباشر الهندسة الداخلية وأداء الألواح الباردة السائلة المبثوقة، مما يميزها عن هياكل الألواح الباردة السائلة الملحومة التي تعتمد على الربط بعد التجميع.

3. مرحلة تشكيل البثق

التسخين المسبق لقضيب الألومنيوم (480-520 درجة مئوية) ← التسخين المسبق للقالب (450-480 درجة مئوية) ← ضبط معلمات البثق ← بثق المقطع الجانبي (سرعة 1-5 م/دقيقة) ← التبريد السريع أثناء التشغيل (تبريد بالهواء أو الرذاذ) ← السحب والتقويم ← القطع بطول ثابت ← معالجة التقسية (حالة t5 / t6)

تتيح عملية البثق قنوات تدفق داخلية متسقة تدعم أداء تبريد سائل مستقر للألواح.

4. مرحلة التصنيع الدقيق باستخدام الحاسوب

تشغيل سطح المرجع (إنشاء نظام الإحداثيات) ← تشغيل السطح النهائي (فتح قناة التدفق) ← تشغيل الواجهة (منافذ الدخول/الخروج، فتحات التثبيت) ← تشغيل سطح منع التسرب (استواء ≤ 0.05 مم) ← إزالة النتوءات ← فحص النظافة

متطلبات التشغيل الآلي

• أخاديد إحكام إغلاق السطح النهائي:

• تفاوت العرض ±0.02 مم

• تفاوت العمق ±0.01 مم

• ثقوب ملولبة:

• دقة 7 ساعات

• التعامد ≤ 0.05 مم

• استواء سطح التركيب: ≤ 0.1 مم / 100 مم

• نظافة:

• الجسيمات ≤ 100 قطعة/م²

• بقايا الزيت ≤ 10 ملغم/م²

5. تجهيز غطاء النهاية بالتشغيل الآلي واللحام

اختيار مادة غطاء النهاية (نفس السبيكة أو سبيكة متوافقة) ← التشطيب باستخدام الحاسوب ← تشطيب سطح الختم (ra ≤ 1.6 ميكرومتر) ← تشكيل أخدود اللحام ← التنظيف (التنظيف بالموجات فوق الصوتية) ← تحديد موضع التجميع (تجهيزات مخصصة)

معايير تصميم الغطاء النهائي

• السماكة: 3-10 مم (بناءً على متطلبات الضغط)

• طرق الإغلاق:

• مانع تسرب أخدود الحلقة الدائرية

• مانع تسرب مسطح

• لحام كامل

• خيارات اللحام:

• لحام الاحتكاك التحريكي (fsw)

• اللحام بالليزر

• لحام التنجستن بالغاز الخامل

6. مرحلة اللحام والختم

اختيار عملية اللحام ← تجميع التجهيزات ← ضبط معايير اللحام ← تنفيذ اللحام الآلي ← المعالجة الحرارية بعد اللحام (تخفيف الإجهاد) ← فحص مظهر اللحام

مقارنة عملية اللحام

• لحام الاحتكاك التحريكي (fsw):
  no filler material, high joint strength, ideal for long straight seams

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

• لحام التنجستن بالغاز الخامل:
  cost-effective, flexible, suitable for small-batch custom liquid cold plate production

7. اختبارات الضغط والإحكام

• اختبار تسرب الهيليوم

• اختبار الضغط الهيدروستاتيكي (1.5 ضعف ضغط التشغيل)

• اختبار ضغط الانفجار (≥ 3 أضعاف ضغط التشغيل)

• اختبار دورة الضغط (100000 دورة)

معايير الاختبار

• معدل التسرب: ≤ 1×10⁻⁷ مليبار·لتر/ثانية (الهيليوم)

• مدة تثبيت الضغط: 1.5 ميجا باسكال لمدة 5 دقائق، انخفاض الضغط ≤ 0.01 ميجا باسكال

• ضغط الانفجار: ≥ 3.0 ميجا باسكال

• دورات الضغط: 0.2-1.0 ميجا باسكال، 100000 دورة بدون تسريب

8. مرحلة معالجة السطح (اختياري)

المعالجة المسبقة (إزالة الشحوم، التخليل) ← الأنودة (طبيعية / سوداء) ← الختم ← الطلاءات الوظيفية ← الخبز والتجفيف

خيارات معالجة الأسطح

• الأنودة:

• سمك 10-15 ميكرومتر

• قوة العزل الكهربائي ≥ 500 فولت

• طلاء النيكل الكيميائي:

• سمك 10-20 ميكرومتر

• مقاومة معززة للتآكل

• ptfe coating:
  improved chemical resistance

• insulating coatings:
  for electrical isolation requirements

9. عملية التنظيف والتجفيف

التنظيف بالماء المقطر عالي الضغط ← التنظيف بالموجات فوق الصوتية (باستخدام منظف متعادل) ← الشطف ثلاثي المراحل بالتدفق المعاكس ← التجفيف بالهواء الساخن (80-100 درجة مئوية) ← التجفيف بالتفريغ (للتطبيقات عالية الموثوقية) ← تعبئة النيتروجين لمنع الأكسدة

معايير النظافة

• حجم الجسيمات: ≤ 50 ميكرومتر

• المتبقيات غير المتطايرة: ≤ 10 ملغم/م²

• محتوى أيون الكلوريد: ≤ 1 جزء في المليون

• الموصلية: ≤ 5 ميكروثانية/سم

10. تجميع الملحقات

تركيب مانع التسرب (سيليكون / fkm / epdm) ← تجميع وصلات التوصيل السريع ← تركيب مستشعر درجة الحرارة (اختياري) ← تركيب مستشعر الضغط (اختياري) ← وضع الملصقات (معلومات المنتج واتجاه التدفق)

متطلبات الملحقات

• مواد منع التسرب: EPDM، FKM، سيليكون (-40 درجة مئوية إلى 150 درجة مئوية)

• معايير الموصلات: DIN، SAE، JIS، BSPP

• دقة المستشعر:

• درجة الحرارة ±0.5 درجة مئوية

• الضغط ±1% من القيمة القصوى

11. اختبار أداء المنتج النهائي

اختبار المقاومة الحرارية (طريقة مصدر الحرارة القياسية) ← اختبار مقاومة التدفق (منحنى التدفق مقابل انخفاض الضغط) ← اختبار توحيد التدفق (تصاميم متعددة القنوات) ← اختبار المتانة (الدورات الحرارية والضغط) ← إعادة فحص تسرب الهيليوم النهائي (فحص بنسبة 100%)

مؤشرات الأداء

• المقاومة الحرارية: 0.01–0.05 درجة مئوية/واط (تعتمد على التصميم والتدفق)

• مقاومة التدفق: ≤ 50 كيلو باسكال عند 10 لتر/دقيقة (نموذجي)

• انحراف تجانس التدفق: ≤ 10%

• نطاق درجة حرارة التشغيل: من -40 درجة مئوية إلى 120 درجة مئوية

12. الفحص النهائي والتعبئة

الفحص البصري ← أخذ العينات البُعدية (باستخدام جهاز قياس الإحداثيات) ← إعداد الوثائق ← التغليف المقاوم للتآكل ← التغليف المقاوم للصدمات ← وضع الملصقات على الكرتون الخارجي

مواصفات التعبئة والتغليف

• حماية الوحدة الواحدة: كيس بولي إيثيلين + ورق VCI

• اتجاه التعبئة: وضع رأسي

• محتوى الملصق: رقم تعريف المنتج، تاريخ الإنتاج، اتجاه التدفق، علامة الهشاشة

• شروط التخزين: من -10 درجة مئوية إلى 40 درجة مئوية، رطوبة نسبية ≤ 70%

13. التوثيق وإمكانية التتبع

شهادة المطابقة ← شهادات المواد ← تقارير اختبار الأداء ← سجلات العمليات ← ملصقات التتبع (رمز الاستجابة السريعة / الرمز الشريطي) ← دليل التركيب والتشغيل

نقاط التحكم الحرجة للجودة (ctq)

قدرة العملية والطاقة الإنتاجية

• عرض البثق: 30-300 مم

• الارتفاع: 10-100 مم

• الطول: 500-6000 مم

• الحد الأدنى لسمك الجدار:

• جدار القناة: 1.0 مم

• الجدار الخارجي: 1.5 مم

• خشونة السطح:

• السطح المبثوق: ra ≤ 3.2 ميكرومتر

• السطح المُشَكَّل: ra ≤ 1.6 ميكرومتر

إرشادات التصميم وأفضل الممارسات

تصميم قناة التدفق

• القطر الهيدروليكي: 4-8 مم

• نسبة العرض إلى الارتفاع: ≤ 10:1

• نصف قطر الانحناء: ≥ 1.5 ضعف عرض القناة

• تصميم مدخل/مخرج على شكل جرس

• زعانف داخلية اختيارية لتحسين نقل الحرارة

التصميم الإنشائي

• سماكة جدار موحدة

• أضلاع تقوية في المواقع الحرجة

• تصميم تركيب خالٍ من التوتر

• بدل التمدد الحراري

استراتيجية اختيار المواد

• الاستخدامات العامة: 6063-t5

• تطبيقات عالية الأداء: 6061-t6

• البيئات القاسية: طبقات طلاء إضافية

تحسين التكاليف

• مقاطع عرضية موحدة

• تحسين استخدام المواد

• تقليل عمليات التشغيل الثانوي

• وفورات الحجم في الإنتاج الضخم

بفضل هيكلها الموحد المصنوع بتقنية البثق، وانخفاض مخاطر التسرب، وموثوقيتها العالية، وكفاءتها الاقتصادية الممتازة، تلعب ألواح التبريد السائلة المصنعة بتقنية البثق دورًا لا غنى عنه في تطبيقات تبريد الألواح عالية الكثافة. ومع استمرار نمو قطاعات مثل السيارات الكهربائية، ومراكز البيانات، وشبكات الجيل الخامس، والطاقة المتجددة، ستتطور ألواح التبريد المصممة حسب الطلب وحلول ألواح التبريد السائلة المصممة حسب الطلب نحو أداء أعلى، ووزن أخف، وإدارة حرارية أكثر ذكاءً، مما يوفر حلولًا قوية وقابلة للتطوير لأنظمة التبريد السائل من الجيل التالي.