Ekstrüde Sıvı Soğutma Plakaları Üretim Süreci

Ekstrüde sıvı soğutma plakaları, alüminyum alaşım ekstrüzyon işlemleriyle üretilen entegre termal yönetim bileşenleridir. Bu sıvı soğutma plakaları, verimli ısı alışverişi sağlamak için su, su-glikol karışımları veya florlu sıvılar gibi sıvı soğutma ortamları kullanır.

Bu soğuk plaka sıvı soğutma teknolojisinin temel özelliği, tek bir ekstrüde alüminyum profil içinde kapalı veya çok boşluklu iç akış kanallarının oluşturulmasıdır. Bu yapı, düşük akış direnci, yüksek basınç toleransı, kompakt tasarım ve kontrollü maliyet sağlayarak, yüksek güç yoğunluklu elektroniklerde, batarya paketlerinde, sunucu sıvı soğutmasında ve güç elektroniğinde yaygın olarak kullanılmasını sağlar.

Sıvı soğutma plakalarının nasıl çalıştığını anlamak çok önemlidir: Isı, ısı kaynağından soğutma plakası gövdesine iletilir, iç sıvı akış kanallarına aktarılır ve daha sonra zorlamalı konveksiyon yoluyla uzaklaştırılır. Borulu soğutma plakaları veya lehimli sıvı soğutma plakalarıyla karşılaştırıldığında, ekstrüde tasarımlar daha yüksek yapısal bütünlük ve daha düşük sızıntı riski sunar.

temel teknik özellikler

• one-piece extruded flow channels
  seamless internal channels formed during ekstrüzyon 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 akış kanalı tasarımıs
  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
  Patlama basıncı: ≥ 3,0 mpa

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

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

tipik uygulama senaryoları

• elektrikli araç batarya paketi su soğutma plakası sistemleri

• Elektronik cihazlar için sunucu CPU/GPU soğutma plakaları

• yüksek güçlü lazer soğutma sistemleri

• IGBT ve güç modülü soğutma plakası

• enerji depolama sistemi termal yönetimi

ekstrüde sıvı soğutma plakaları üretim süreci

1. Hammadde hazırlama aşaması

Alüminyum kütük seçimi → kimyasal bileşim analizi (spektrometre) → mekanik özellik testi (sertlik, çekme dayanımı) → ön işleme (kesme, uç yüzey işleme) → malzeme depolama

• Alaşım kaliteleri: 6061-t5 / t6, 6063-t5

• Kütük çapı: φ100–φ300 mm

• Ön işleme doğruluğu:

• Uzunluk toleransı: ±1 mm

• Uç yüzey dikliği: ≤ 0,1 mm

2. Kalıp tasarımı ve üretim aşaması

Akış kanalı tasarımı (CFD termal simülasyon optimizasyonu) → Ekstrüzyon kalıbı tasarımı (port delikleri, kaynak odası, yatak yüzeyi) → Kalıp çeliği seçimi (H13 sıcak iş takım çeliği) → CNC kaba işleme → Isıl işlem (sertleştirme + üçlü temperleme) → Hassas işleme (EDM, tel kesme) → Parlatma (yatak yüzeyi RA ≤ 0,4 μm) → Deneme ekstrüzyon doğrulaması

Bu aşama, ekstrüzyon yöntemiyle üretilen sıvı soğutma plakalarının iç geometrisini ve performansını doğrudan belirler ve bu da onları, montaj sonrası yapıştırmaya dayanan lehimli sıvı soğutma plakası yapılarından ayırır.

3. Ekstrüzyon şekillendirme aşaması

Alüminyum kütüğün ön ısıtılması (480–520°C) → kalıbın ön ısıtılması (450–480°C) → ekstrüzyon parametrelerinin ayarlanması → profil ekstrüzyonu (hız 1–5 m/dak) → çevrimiçi soğutma (hava veya sis soğutma) → çekme ve doğrultma → sabit uzunlukta kesme → yaşlandırma işlemi (t5 / t6 durumu)

Ekstrüzyon işlemi, istikrarlı plaka sıvı soğutma performansını destekleyen tutarlı iç akış kanalları sağlar.

4. CNC hassas işleme aşaması

Referans yüzey işleme (koordinat sistemi oluşturma) → uç yüzey işleme (akış kanalı açma) → arayüz işleme (giriş/çıkış portları, montaj delikleri) → sızdırmazlık yüzeyi işleme (düzlük ≤ 0,05 mm) → çapak alma → temizlik kontrolü

işleme gereksinimleri

• Uç yüzey sızdırmazlık olukları:

• Genişlik toleransı ±0,02 mm

• Derinlik toleransı ±0,01 mm

• dişli delikler:

• doğruluk 7h

• diklik ≤ 0,05 mm

• Montaj yüzeyinin düzlüğü: ≤ 0,1 mm / 100 mm

• temizlik:

• parçacık sayısı ≤ 100 adet/m²

• Yağ kalıntısı ≤ 10 mg/m²

5. Uç kapak işleme ve kaynak hazırlığı

Uç kapak malzemesi seçimi (aynı veya uyumlu alaşım) → CNC işleme → Sızdırmazlık yüzeyi işleme (ra ≤ 1,6 μm) → Kaynak oluğu işleme → Temizleme (ultrasonik temizleme) → Montaj konumlandırma (özel fikstürler)

uç kapak tasarım parametreleri

• Kalınlık: 3–10 mm (basınç gereksinimlerine bağlı olarak)

• Sızdırmazlık yöntemleri:

• o-ring oluk sızdırmazlığı

• düz sızdırmazlık

• tam kaynak sızdırmazlığı

• Kaynak seçenekleri:

• Sürtünmeli karıştırma kaynağı (fsw)

• lazer kaynağı

• TIG kaynak

6. Kaynak ve sızdırmazlık aşaması

Kaynak prosesi seçimi → fikstür montajı → kaynak parametrelerinin ayarlanması → otomatik kaynak işlemi → kaynak sonrası ısıl işlem (gerilim giderme) → kaynak görünümünün incelenmesi

kaynak işlemi karşılaştırması

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

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

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

7. Basınç ve sızdırmazlık testleri

• helyum sızıntısı testi

• Hidrostatik basınç testi (çalışma basıncının 1,5 katı)

• Patlama basıncı testi (≥ 3× çalışma basıncı)

• Basınç çevrimi testi (100.000 çevrim)

test standartları

• Sızıntı oranı: ≤ 1×10⁻⁷ mbar·l/s (helyum)

• Basınç tutma süresi: 1,5 mpa × 5 dk, basınç düşüşü ≤ 0,01 mpa

• Patlama basıncı: ≥ 3,0 mpa

• Basınç döngüsü: 0,2–1,0 mpa, sızıntı olmadan 100.000 döngü

8. Yüzey işleme aşaması (isteğe bağlı)

Ön işlem (yağ giderme, asitle temizleme) → anotlama (doğal / siyah) → sızdırmazlık → fonksiyonel kaplamalar → fırınlama ve kürleme

yüzey işleme seçenekleri

• anotlama:

• kalınlık 10–15 μm

• dielektrik dayanımı ≥ 500 V

• Elektrolizsiz nikel kaplama:

• kalınlık 10–20 μm

• geliştirilmiş korozyon direnci

• ptfe coating:
  improved chemical resistance

• insulating coatings:
  for electrical isolation requirements

9. Temizleme ve kurutma işlemi

Yüksek basınçlı saf su ile yıkama → ultrasonik temizleme (nötr deterjan) → üç aşamalı karşı akışlı durulama → sıcak hava ile kurutma (80–100°C) → vakumlu kurutma (yüksek güvenilirlik gerektiren uygulamalar) → oksidasyonu önlemek için azot dolumu

temizlik standartları

• Parçacık boyutu: ≤ 50 μm

• Uçucu olmayan kalıntı: ≤ 10 mg/m²

• Klorür iyonu içeriği: ≤ 1 ppm

• İletkenlik: ≤ 5 μs/cm

10. aksesuar montajı

Sızdırmazlık contası montajı (silikon / fkm / epdm) → Hızlı bağlantı parçalarının montajı → Sıcaklık sensörü montajı (isteğe bağlı) → Basınç sensörü montajı (isteğe bağlı) → Etiketleme (ürün bilgisi ve akış yönü)

aksesuar gereksinimleri

• Sızdırmazlık malzemeleri: EPDM, FKM, silikon (-40°C ila 150°C)

• Bağlantı standartları: DIN, SAE, JIS, BSPP

• Sensör doğruluğu:

• sıcaklık ±0,5°C

• basınç ±%1 fs

11. Nihai ürün performans testi

Isı direnci testi (standart ısı kaynağı yöntemi) → Akış direnci testi (akış-basınç düşüşü eğrisi) → Akış homojenliği testi (çok kanallı tasarımlar) → Dayanıklılık testi (ısı ve basınç döngüsü) → Son helyum sızıntısı yeniden kontrolü (%100 kontrol)

performans göstergeleri

• Isı direnci: 0,01–0,05 °C/w (tasarım ve akışa bağlı)

• Akış direnci: ≤ 50 kPa @ 10 l/dak (tipik)

• Akış homojenliği sapması: ≤ %10

• Çalışma sıcaklığı aralığı: -40°C ila 120°C

12. Son kontrol ve paketleme

Görsel inceleme → Boyutsal örnekleme (cmm) → Dokümantasyon hazırlığı → Korozyon önleyici ambalaj (vci) → Darbeye dayanıklı ambalaj → Dış karton etiketleme

ambalaj özellikleri

• Tekli ürün koruması: PE torba + VCI kağıdı

• Paketleme yönü: dikey yerleştirme

• Etiket içeriği: ürün kimliği, üretim tarihi, akış yönü, kırılgan işareti

• Saklama koşulları: -10°C ila 40°C, ≤ %70 bağıl nem

13. Belgeleme ve izlenebilirlik

Uygunluk belgesi → Malzeme sertifikaları → Performans test raporları → Proses kayıtları → İzlenebilirlik etiketleri (QR kodu / barkod) → Kurulum ve kullanım kılavuzu

kalite açısından kritik (CTQ) kontrol noktaları

süreç yeteneği ve üretim kapasitesi

• Ekstrüzyon genişliği: 30–300 mm

• yükseklik: 10–100 mm

• Uzunluk: 500–6000 mm

• minimum duvar kalınlığı:

• Kanal duvarı: 1,0 mm

• Dış duvar: 1,5 mm

• yüzey pürüzlülüğü:

• Ekstrüde yüzey: ra ≤ 3,2 μm

• İşlenmiş yüzey: ra ≤ 1,6 μm

tasarım yönergeleri ve en iyi uygulamalar

akış kanalı tasarımı

• Hidrolik çap: 4–8 mm

• En boy oranı: ≤ 10:1

• Bükme yarıçapı: ≥ 1,5 × kanal genişliği

• çan ağızlı giriş/çıkış tasarımı

• Isı transferini artırmak için isteğe bağlı iç kanatlar.

yapısal tasarım

• düzgün duvar kalınlığı

• kritik noktalarda takviye nervürleri

• stresiz montaj düzeni

• termal genleşme payı

malzeme seçimi stratejisi

• Genel uygulamalar: 6063-t5

• Yüksek performanslı uygulamalar: 6061-t6

• zorlu ortamlar: ek kaplamalar

maliyet optimizasyonu

• standartlaştırılmış kesitler

• malzeme kullanımının iyileştirilmesi

• azaltılmış ikincil işleme

• seri üretimde ölçek ekonomileri

Tek parça ekstrüzyon yapısı, düşük sızıntı riski, yüksek güvenilirlik ve mükemmel maliyet verimliliği ile ekstrüzyon sıvı soğutma plakaları, yüksek güç yoğunluklu soğutma uygulamalarında yeri doldurulamaz bir rol oynamaktadır. Elektrikli araçlar, veri merkezleri, 5G iletişim ve yenilenebilir enerji gibi sektörler büyümeye devam ettikçe, özel soğutma plakaları ve özel sıvı soğutma plakası çözümleri, daha yüksek performans, daha hafif ağırlık ve daha akıllı termal yönetim yönünde gelişerek, yeni nesil sıvı soğutma sistemleri için sağlam ve ölçeklenebilir çözümler sunacaktır.