Fremstillingsproces for ekstruderede flydende kolde plader

Ekstruderede flydende kolde plader er integrerede termiske styringskomponenter fremstillet gennem ekstruderingsprocesser af aluminiumlegering. Disse flydende kolde plader bruger flydende kølemedier - såsom vand, vand-glykolblandinger eller fluorerede væsker - for at opnå effektiv varmeveksling.

Kerneegenskaben ved denne køleteknologi med koldplade er dannelsen af lukkede eller multi-kavitets interne strømningskanaler i en enkelt ekstruderet aluminiumsprofil. Denne struktur giver lav strømningsmodstand, høj tryktolerance, kompakt design og kontrollerede omkostninger, hvilket gør den meget anvendt i elektronik med høj effektdensitet, batteripakker, væskekøling til servere og effektelektronik.

Det er afgørende at forstå, hvordan væskekolde plader fungerer: Varme ledes fra varmekilden ind i kølepladens krop, overføres til de interne væskestrømningskanaler og føres derefter væk ved tvungen konvektion. Sammenlignet med rørformede kolde plader eller loddede væskekolde plader tilbyder ekstruderede designs højere strukturel integritet og reduceret lækagerisiko.

centrale tekniske egenskaber

• one-piece extruded flow channels
  seamless internal channels formed during ekstrudering 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 design af strømningskanalers
  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
  Sprængtryk: ≥ 3,0 mpa

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

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

typiske anvendelsesscenarier

• elbilbatteripakker med vandkølepladesystemer

• Server CPU / GPU køleplader til elektronik

• højtydende laserkølesystemer

• IGBT- og effektmodulets koldpladekøling

• termisk styring af energilagringssystem

fremstillingsproces for ekstruderede flydende kolde plader

1. råmaterialeforberedelsesfase

Udvælgelse af aluminiumsbarrer → analyse af kemisk sammensætning (spektrometer) → prøvning af mekaniske egenskaber (hårdhed, trækstyrke) → forbehandling (skæring, endefladebearbejdning) → materialeopbevaring

• Legeringskvaliteter: 6061-t5 / t6, 6063-t5

• billetdiameter: φ100–φ300 mm

• Præbehandlingsnøjagtighed:

• længdetolerance: ±1 mm

• vinkelrethed på endefladen: ≤ 0,1 mm

2. dysedesign og fremstillingsfase

Design af strømningskanaler (optimering af termisk simulering af CFD) → Design af ekstruderingsdyser (porthuller, svejsekammer, lejeflade) → Valg af dysestål (H13 varmtbearbejdningsstål) → CNC-grovbearbejdning → Varmebehandling (hærdning + tredobbelt anløbning) → Præcisionsbearbejdning (edm, trådskæring) → Polering (lejeflade ra ≤ 0,4 μm) → Validering af prøveekstrudering

Denne fase bestemmer direkte den interne geometri og ydeevne af ekstruderede flydende kolde plader og adskiller dem fra loddede flydende kolde pladestrukturer, der er afhængige af binding efter montering.

3. ekstruderingsformningstrin

Forvarmning af aluminiumsbarrer (480-520°C) → forvarmning af matricen (450-480°C) → opsætning af ekstruderingsparametre → profilekstrudering (hastighed 1-5 m/min) → online bratkøling (luft- eller tågekøling) → trækning og glatning → skæring med fast længde → ældningsbehandling (t5/t6-tilstand)

Ekstruderingsprocessen muliggør ensartede interne strømningskanaler, der understøtter stabil køleeffekt for pladen.

4. cnc præcisionsbearbejdningsfase

Bearbejdning af referenceflader (etablering af koordinatsystem) → endefladebearbejdning (åbning af strømningskanal) → grænsefladebearbejdning (indløbs-/udløbsporte, monteringshuller) → bearbejdning af tætningsflader (planhed ≤ 0,05 mm) → afgratning → renhedskontrol

bearbejdningskrav

• endefladetætningsriller:

• breddetolerance ±0,02 mm

• dybdetolerance ±0,01 mm

• gevindhuller:

• nøjagtighed 7 timer

• vinkelrethed ≤ 0,05 mm

• monteringsfladeplanhed: ≤ 0,1 mm / 100 mm

• renhed:

• partikler ≤ 100 stk/m²

• olierester ≤ 10 mg/m²

5. Bearbejdning af endestykker og forberedelse af svejsning

Valg af endekappemateriale (samme eller kompatibel legering) → CNC-finish → tætningsoverfladefinish (ra ≤ 1,6 μm) → svejsesporbearbejdning → rengøring (ultralydsrensning) → monteringspositionering (dedikerede fiksturer)

parametre for design af endekapper

• tykkelse: 3–10 mm (afhængigt af trykkrav)

• forseglingsmetoder:

• O-ring rilletætning

• flad tætning

• fuld svejseforsegling

• svejsemuligheder:

• friktionssvejsning (fsw)

• lasersvejsning

• TIG-svejsning

6. svejsning og forsegling

Valg af svejseproces → montering af fikstur → opsætning af svejseparametre → automatiseret svejseudførelse → varmebehandling efter svejsning (spændingsaflastning) → inspektion af svejsningens udseende

sammenligning af svejseprocesser

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

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

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

7. tryk- og tætningstest

• heliumlækagetest

• hydrostatisk trykprøvning (1,5× arbejdstryk)

• Sprængtryksprøvning (≥ 3× arbejdstryk)

• trykcyklusprøvning (100.000 cyklusser)

teststandarder

• lækagehastighed: ≤ 1×10⁻⁷ mbar·l/s (helium)

• Trykholdning: 1,5 mpa × 5 min, trykfald ≤ 0,01 mpa

• Sprængtryk: ≥ 3,0 mpa

• Trykcyklusser: 0,2–1,0 mpa, 100.000 cyklusser uden lækage

8. overfladebehandlingstrin (valgfrit)

forbehandling (affedtning, bejdsning) → anodisering (naturlig/sort) → forsegling → funktionelle belægninger → bagning og hærdning

muligheder for overfladebehandling

• anodisering:

• tykkelse 10–15 μm

• dielektrisk styrke ≥ 500 V

• elektroløs nikkelbelægning:

• tykkelse 10–20 μm

• forbedret korrosionsbestandighed

• ptfe coating:
  improved chemical resistance

• insulating coatings:
  for electrical isolation requirements

9. rengørings- og tørringsproces

Højtryksskylning med di-vand → ultralydsrensning (neutralt rengøringsmiddel) → tretrins modstrømsskylning → varmlufttørring (80-100 °C) → vakuumtørring (højpålidelige applikationer) → nitrogenpåfyldning til forebyggelse af oxidation

renlighedsstandarder

• partikelstørrelse: ≤ 50 μm

• ikke-flygtig rest: ≤ 10 mg/m²

• kloridionindhold: ≤ 1 ppm

• ledningsevne: ≤ 5 μs/cm

10. tilbehørssamling

Montering af pakning (silikone / fkm / epdm) → montering af lynkoblinger → montering af temperatursensor (valgfrit) → montering af tryksensor (valgfrit) → mærkning (produktinformation og strømningsretning)

krav til tilbehør

• Tætningsmaterialer: epdm, fkm, silikone (−40°C til 150°C)

• Stikstandarder: din, sae, jis, bspp

• Sensornøjagtighed:

• temperatur ±0,5°C

• tryk ±1% fs

11. ydeevnetest af færdigt produkt

Termisk modstandsprøvning (standard varmekildemetode) → flowmodstandsprøvning (flow vs. trykfaldskurve) → flowensartethedstest (flerkanaldesign) → holdbarhedsprøvning (termisk og trykcyklus) → endelig heliumlækagegeninspektion (100% inspektion)

præstationsindikatorer

• Termisk modstand: 0,01–0,05 °C/w (afhængig af design og flow)

• strømningsmodstand: ≤ 50 kpa @ 10 l/min (typisk)

• afvigelse i strømningsensartethed: ≤ 10%

• driftstemperaturområde: −40°C til 120°C

12. slutinspektion og emballering

Visuel inspektion → dimensionsprøveudtagning (CMM) → dokumentationsforberedelse → korrosionsbeskyttelsesemballage (VCI) → stødsikker emballage → mærkning af ydre karton

emballagespecifikationer

• Beskyttelse af enkeltstående enheder: PE-pose + VCI-papir

• pakningsretning: lodret placering

• etikettens indhold: produkt-id, produktionsdato, strømningsretning, mærkning af skrøbelighed

• Opbevaringsforhold: −10°C til 40°C, ≤ 70% RF

13. dokumentation og sporbarhed

Overensstemmelsescertifikat → Materialecertifikater → Ydelsestestrapporter → Procesregistreringer → Sporbarhedsmærker (QR-kode/stregkode) → Installations- og betjeningsmanual

kritiske kontrolpunkter for kvalitet (ctq)

proceskapacitet og produktionskapacitet

• ekstruderingsbredde: 30–300 mm

• højde: 10–100 mm

• længde: 500–6000 mm

• minimum vægtykkelse:

• kanalvæg: 1,0 mm

• ydervæg: 1,5 mm

• overfladeruhed:

• ekstruderet overflade: ra ≤ 3,2 μm

• bearbejdet overflade: ra ≤ 1,6 μm

designretningslinjer og bedste praksis

design af strømningskanaler

• hydraulisk diameter: 4–8 mm

• billedformat: ≤ 10:1

• bøjningsradius: ≥ 1,5 × kanalbredde

• klokkeformet indløbs-/udløbsdesign

• valgfrie indvendige finner for forbedret varmeoverførsel

strukturelt design

• ensartet vægtykkelse

• forstærkningsribber på kritiske steder

• stressfri monteringslayout

• termisk ekspansionstillæg

strategi for materialevalg

• generelle anvendelser: 6063-t5

• Højtydende applikationer: 6061-t6

• barske miljøer: yderligere belægninger

omkostningsoptimering

• standardiserede tværsnit

• forbedret materialeudnyttelse

• reduceret sekundær bearbejdning

• stordriftsfordele i masseproduktion

Med deres ekstruderede struktur i ét stykke, lave lækagerisiko, høje pålidelighed og fremragende omkostningseffektivitet spiller ekstruderede væskekøleplader en uerstattelig rolle i køleapplikationer med høj effekttæthed. I takt med at industrier som elbiler, datacentre, 5G-kommunikation og vedvarende energi fortsætter med at vokse, vil brugerdefinerede køleplader og brugerdefinerede væskekølepladeløsninger udvikle sig mod højere ydeevne, lettere vægt og smartere termisk styring - hvilket giver robuste og skalerbare løsninger til næste generations væskekølesystemer.