Quy trình sản xuất tấm làm mát bằng chất lỏng đùn

Các tấm làm mát bằng chất lỏng đùn là các thành phần quản lý nhiệt tích hợp được sản xuất thông qua quy trình đùn hợp kim nhôm. Các tấm làm mát bằng chất lỏng này sử dụng môi chất làm mát dạng lỏng—như nước, hỗn hợp nước-glycol hoặc chất lỏng chứa flo—để đạt được hiệu quả trao đổi nhiệt cao.

Đặc điểm cốt lõi của công nghệ làm mát bằng chất lỏng dạng tấm này là sự hình thành các kênh dẫn dòng bên trong khép kín hoặc đa khoang bên trong một thanh nhôm định hình duy nhất. Cấu trúc này mang lại điện trở dòng chảy thấp, khả năng chịu áp suất cao, thiết kế nhỏ gọn và chi phí được kiểm soát, khiến nó được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử mật độ công suất cao, bộ pin, làm mát bằng chất lỏng cho máy chủ và các thiết bị điện tử công suất.

Hiểu rõ cách hoạt động của các tấm làm mát bằng chất lỏng là rất quan trọng: nhiệt được dẫn từ nguồn nhiệt vào thân tấm làm mát, truyền đến các kênh dẫn chất lỏng bên trong, và sau đó được mang đi bằng đối lưu cưỡng bức. So với các tấm làm mát dạng ống hoặc tấm làm mát bằng chất lỏng hàn, các thiết kế dạng đùn mang lại độ bền cấu trúc cao hơn và giảm nguy cơ rò rỉ.

đặc tính kỹ thuật cốt lõi

• one-piece extruded flow channels
  seamless internal channels formed during phun ra 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 thiết kế kênh dẫn dòngs
  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
  Áp suất nổ: ≥ 3,0 mpa

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

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

các kịch bản ứng dụng điển hình

• hệ thống tấm làm mát bằng nước cho bộ pin xe điện

• Tấm tản nhiệt CPU/GPU cho máy chủ và các thiết bị điện tử

• hệ thống làm mát laser công suất cao

• Làm mát tấm tản nhiệt cho IGBT và mô-đun nguồn

• hệ thống lưu trữ năng lượng quản lý nhiệt

quy trình sản xuất tấm làm mát bằng chất lỏng đùn

1. Giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu thô

Lựa chọn phôi nhôm → phân tích thành phần hóa học (máy quang phổ) → kiểm tra tính chất cơ học (độ cứng, độ bền kéo) → gia công sơ bộ (cắt, gia công mặt đầu) → lưu trữ vật liệu

• Các loại hợp kim: 6061-t5 / t6, 6063-t5

• Đường kính phôi: φ100–φ300 mm

• Độ chính xác của quá trình tiền xử lý:

• Sai số chiều dài: ±1 mm

• Độ vuông góc của mặt cuối: ≤ 0,1 mm

2. Giai đoạn thiết kế và sản xuất khuôn mẫu

Thiết kế kênh dẫn dòng (tối ưu hóa mô phỏng nhiệt CFD) → Thiết kế khuôn ép đùn (lỗ thoát, buồng hàn, bề mặt tiếp xúc) → Lựa chọn thép làm khuôn (thép công cụ gia công nóng H13) → Gia công thô CNC → Xử lý nhiệt (tôi + ram ba lần) → Gia công chính xác (EDM, cắt dây) → Đánh bóng (bề mặt tiếp xúc Ra ≤ 0,4 μm) → Kiểm định ép đùn thử nghiệm

Giai đoạn này quyết định trực tiếp hình dạng bên trong và hiệu suất của các tấm làm mát bằng chất lỏng được ép đùn, phân biệt chúng với các cấu trúc tấm làm mát bằng chất lỏng được hàn dựa trên liên kết sau khi lắp ráp.

3. Giai đoạn tạo hình bằng ép đùn

Làm nóng sơ bộ phôi nhôm (480–520°C) → Làm nóng sơ bộ khuôn (450–480°C) → Thiết lập thông số ép đùn → Ép đùn biên dạng (tốc độ 1–5 m/phút) → Làm nguội trực tuyến (làm nguội bằng không khí hoặc phun sương) → Kéo và duỗi thẳng → Cắt theo chiều dài cố định → Xử lý lão hóa (điều kiện T5/T6)

Quá trình ép đùn tạo ra các kênh dẫn dòng bên trong đồng nhất, hỗ trợ hiệu suất làm mát bằng chất lỏng ổn định cho các tấm tản nhiệt.

4. Giai đoạn gia công chính xác CNC

Gia công bề mặt chuẩn (thiết lập hệ tọa độ) → Gia công mặt cuối (mở kênh dẫn dòng) → Gia công mặt tiếp xúc (cổng vào/ra, lỗ lắp đặt) → Gia công bề mặt làm kín (độ phẳng ≤ 0,05 mm) → Loại bỏ bavia → Kiểm tra độ sạch

yêu cầu gia công

• các rãnh làm kín mặt cuối:

• Sai số chiều rộng ±0,02 mm

• Sai số độ sâu ±0,01 mm

• lỗ ren:

• độ chính xác 7 giờ

• Độ vuông góc ≤ 0,05 mm

• Độ phẳng bề mặt lắp đặt: ≤ 0,1 mm / 100 mm

• sự sạch sẽ:

• hạt ≤ 100 hạt/m²

• Lượng dầu còn sót lại ≤ 10 mg/m²

5. Gia công và hàn nắp chụp đầu

Lựa chọn vật liệu nắp chụp đầu (hợp kim giống hoặc tương thích) → gia công CNC → hoàn thiện bề mặt làm kín (ra ≤ 1,6 μm) → gia công rãnh hàn → làm sạch (làm sạch bằng sóng siêu âm) → định vị lắp ráp (đồ gá chuyên dụng)

thông số thiết kế nắp chụp đầu

• Độ dày: 3–10 mm (tùy thuộc vào yêu cầu về áp suất)

• các phương pháp niêm phong:

• rãnh vòng chữ O

• niêm phong phẳng

• hàn kín hoàn toàn

• Các tùy chọn hàn:

• hàn ma sát khuấy (FSW)

• hàn laser

• hàn TIG

6. Giai đoạn hàn và niêm phong

Lựa chọn quy trình hàn → Lắp ráp đồ gá → Thiết lập thông số hàn → Thực hiện hàn tự động → Xử lý nhiệt sau hàn (giảm ứng suất) → Kiểm tra hình dạng mối hàn

So sánh quy trình hàn

• hàn ma sát khuấy (FSW):
  no filler material, high joint strength, ideal for long straight seams

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

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

7. Kiểm tra áp suất và độ kín

• kiểm tra rò rỉ khí heli

• Thử nghiệm áp suất thủy tĩnh (1,5 lần áp suất làm việc)

• Kiểm tra áp suất nổ (≥ 3 lần áp suất làm việc)

• Kiểm tra chu kỳ áp suất (100.000 chu kỳ)

tiêu chuẩn thử nghiệm

• Tốc độ rò rỉ: ≤ 1×10⁻⁷ mbar·l/s (heli)

• Giữ áp suất: 1,5 mpa × 5 phút, độ giảm áp suất ≤ 0,01 mpa

• Áp suất nổ: ≥ 3,0 mpa

• Chu kỳ áp suất: 0,2–1,0 mpa, 100.000 chu kỳ không rò rỉ

8. Giai đoạn xử lý bề mặt (tùy chọn)

Xử lý sơ bộ (tẩy dầu mỡ, ngâm axit) → Anốt hóa (màu tự nhiên / đen) → Phủ kín → Lớp phủ chức năng → Nung và đóng rắn

các lựa chọn xử lý bề mặt

• Anốt hóa:

• độ dày 10–15 μm

• Độ bền điện môi ≥ 500 V

• Mạ niken không dùng điện phân:

• độ dày 10–20 μm

• khả năng chống ăn mòn được tăng cường

• ptfe coating:
  improved chemical resistance

• insulating coatings:
  for electrical isolation requirements

9. Quy trình làm sạch và sấy khô

Rửa bằng nước khử ion áp suất cao → làm sạch bằng sóng siêu âm (chất tẩy rửa trung tính) → rửa ngược dòng ba giai đoạn → sấy khô bằng khí nóng (80–100°C) → sấy khô chân không (ứng dụng độ tin cậy cao) → nạp khí nitơ để ngăn ngừa oxy hóa

tiêu chuẩn vệ sinh

• Kích thước hạt: ≤ 50 μm

• Dư lượng không bay hơi: ≤ 10 mg/m²

• Hàm lượng ion clorua: ≤ 1 ppm

• Độ dẫn điện: ≤ 5 μs/cm

10. Lắp ráp phụ kiện

Lắp đặt gioăng (silicone / fkm / epdm) → Lắp ráp khớp nối nhanh → Lắp đặt cảm biến nhiệt độ (tùy chọn) → Lắp đặt cảm biến áp suất (tùy chọn) → Dán nhãn (thông tin sản phẩm và hướng dòng chảy)

yêu cầu phụ kiện

• Vật liệu làm kín: EPDM, FKM, silicone (−40°C đến 150°C)

• Tiêu chuẩn đầu nối: DIN, SAE, JIS, BSPP

• Độ chính xác của cảm biến:

• nhiệt độ ±0,5°C

• áp suất ±1% fs

11. Kiểm tra hiệu năng sản phẩm hoàn thiện

Kiểm tra điện trở nhiệt (phương pháp nguồn nhiệt tiêu chuẩn) → Kiểm tra điện trở dòng chảy (đường cong lưu lượng so với độ giảm áp suất) → Kiểm tra độ đồng nhất dòng chảy (thiết kế đa kênh) → Kiểm tra độ bền (chu kỳ nhiệt và áp suất) → Kiểm tra lại rò rỉ khí heli cuối cùng (kiểm tra 100%)

chỉ số hiệu suất

• Khả năng cách nhiệt: 0,01–0,05 °C/w (tùy thuộc vào thiết kế và lưu lượng)

• Điện trở dòng chảy: ≤ 50 kPa @ 10 l/phút (điển hình)

• Độ lệch đồng đều dòng chảy: ≤ 10%

• Phạm vi nhiệt độ hoạt động: −40°C đến 120°C

12. Kiểm tra cuối cùng và đóng gói

Kiểm tra trực quan → Lấy mẫu kích thước (cm) → Chuẩn bị tài liệu → Bao bì chống ăn mòn (vci) → Bao bì chống va đập → Dán nhãn thùng carton bên ngoài

thông số kỹ thuật đóng gói

• Bảo vệ từng sản phẩm riêng lẻ: túi PE + giấy VCI

• Hướng đóng gói: đặt thẳng đứng

• Nội dung nhãn: mã sản phẩm, ngày sản xuất, hướng vận chuyển, ký hiệu dễ vỡ.

• Điều kiện bảo quản: −10°C đến 40°C, độ ẩm tương đối ≤ 70%.

13. Tài liệu và khả năng truy xuất nguồn gốc

Giấy chứng nhận hợp quy → Giấy chứng nhận vật liệu → Báo cáo thử nghiệm hiệu năng → Hồ sơ quy trình → Nhãn truy xuất nguồn gốc (mã QR / mã vạch) → Hướng dẫn lắp đặt và vận hành

điểm kiểm soát quan trọng đối với chất lượng (ctq)

khả năng xử lý và năng lực sản xuất

• Chiều rộng đùn: 30–300 mm

• chiều cao: 10–100 mm

• chiều dài: 500–6000 mm

• Độ dày thành tối thiểu:

• Độ dày thành kênh: 1,0 mm

• Thành ngoài: 1,5 mm

• độ nhám bề mặt:

• Bề mặt đùn: ra ≤ 3,2 μm

• Bề mặt gia công: ra ≤ 1,6 μm

hướng dẫn thiết kế và các thực tiễn tốt nhất

thiết kế kênh dẫn dòng

• Đường kính thủy lực: 4–8 mm

• Tỷ lệ khung hình: ≤ 10:1

• bán kính uốn cong: ≥ 1,5 lần chiều rộng kênh

• thiết kế đầu vào/đầu ra hình chuông

• Các vây tản nhiệt bên trong tùy chọn giúp tăng cường khả năng truyền nhiệt.

thiết kế kết cấu

• độ dày thành đồng nhất

• gân gia cường tại các vị trí quan trọng

• bố trí lắp đặt không gây căng thẳng

• mức giãn nở nhiệt cho phép

chiến lược lựa chọn vật liệu

• Ứng dụng chung: 6063-t5

• Ứng dụng hiệu năng cao: 6061-t6

• môi trường khắc nghiệt: lớp phủ bổ sung

tối ưu hóa chi phí

• mặt cắt ngang tiêu chuẩn

• cải thiện việc sử dụng vật liệu

• giảm gia công thứ cấp

• lợi thế kinh tế theo quy mô trong sản xuất hàng loạt

Với cấu trúc đúc nguyên khối, nguy cơ rò rỉ thấp, độ tin cậy cao và hiệu quả chi phí tuyệt vời, các tấm tản nhiệt chất lỏng đúc đóng vai trò không thể thiếu trong các ứng dụng làm mát bằng tấm tản nhiệt mật độ công suất cao. Khi các ngành công nghiệp như xe điện, trung tâm dữ liệu, truyền thông 5G và năng lượng tái tạo tiếp tục phát triển, các tấm tản nhiệt tùy chỉnh và các giải pháp tản nhiệt chất lỏng tùy chỉnh sẽ phát triển theo hướng hiệu suất cao hơn, trọng lượng nhẹ hơn và quản lý nhiệt thông minh hơn—cung cấp các giải pháp mạnh mẽ và có khả năng mở rộng cho các hệ thống làm mát bằng chất lỏng thế hệ tiếp theo.