Processo de fabricação de placas frias líquidas extrudadas

As placas frias líquidas extrudadas são componentes integrados de gerenciamento térmico fabricados por meio de processos de extrusão de liga de alumínio. Essas placas frias líquidas utilizam fluidos refrigerantes, como água, misturas de água e glicol ou fluidos fluorados, para obter uma troca de calor eficiente.

A principal característica dessa tecnologia de resfriamento líquido por placa fria é a formação de canais de fluxo internos fechados ou com múltiplas cavidades dentro de um único perfil de alumínio extrudado. Essa estrutura proporciona baixa resistência ao fluxo, alta tolerância à pressão, design compacto e custo controlado, tornando-a amplamente utilizada em eletrônicos de alta densidade de potência, baterias, resfriamento líquido de servidores e eletrônica de potência.

Compreender o funcionamento das placas frias líquidas é fundamental: o calor é conduzido da fonte de calor para o corpo da placa fria, transferido para os canais internos de fluxo de líquido e, em seguida, dissipado por convecção forçada. Comparadas com placas frias tubulares ou placas frias líquidas brasadas, as placas extrudadas oferecem maior integridade estrutural e menor risco de vazamentos.

características técnicas principais

• one-piece extruded flow channels
  seamless internal channels formed during extrusão 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 projeto de canal de fluxos
  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
  Pressão de ruptura: ≥ 3,0 MPa

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

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

cenários de aplicação típicos

• sistemas de placas de resfriamento a água para baterias de veículos elétricos

• Placas frias para CPU/GPU de servidores para eletrônicos

• sistemas de resfriamento a laser de alta potência

• Resfriamento da placa fria do IGBT e do módulo de potência

• gerenciamento térmico do sistema de armazenamento de energia

processo de fabricação de placas frias líquidas extrudadas

1. Etapa de preparação da matéria-prima

Seleção de tarugos de alumínio → análise da composição química (espectrômetro) → ensaio de propriedades mecânicas (dureza, resistência à tração) → pré-processamento (corte, usinagem da face final) → armazenamento de material

• Classes de liga: 6061-t5 / t6, 6063-t5

• Diâmetro do tarugo: φ100–φ300 mm

• Precisão do pré-processamento:

• Tolerância de comprimento: ±1 mm

• Perpendicularidade da face final: ≤ 0,1 mm

2. Etapa de projeto e fabricação do molde

Projeto do canal de fluxo (otimização por simulação térmica CFD) → projeto da matriz de extrusão (orifícios, câmara de soldagem, área de contato do rolamento) → seleção do aço da matriz (aço ferramenta para trabalho a quente H13) → usinagem de desbaste CNC → tratamento térmico (têmpera + revenido triplo) → usinagem de precisão (eletroerosão, corte a fio) → polimento (ra ≤ 0,4 μm na área de contato do rolamento) → validação por extrusão experimental

Esta etapa determina diretamente a geometria interna e o desempenho das placas frias líquidas extrudadas, diferenciando-as das estruturas de placas frias líquidas brasadas, que dependem da colagem após a montagem.

3. Etapa de conformação por extrusão

Pré-aquecimento do tarugo de alumínio (480–520 °C) → pré-aquecimento da matriz (450–480 °C) → configuração dos parâmetros de extrusão → extrusão do perfil (velocidade de 1 a 5 m/min) → têmpera online (resfriamento a ar ou névoa) → estiramento e endireitamento → corte de comprimento fixo → tratamento de envelhecimento (condição t5 / t6)

O processo de extrusão possibilita canais de fluxo interno consistentes que suportam um desempenho estável de resfriamento líquido da placa.

4. Etapa de usinagem de precisão CNC

Usinagem da superfície de referência (estabelecimento do sistema de coordenadas) → usinagem da face final (abertura do canal de fluxo) → usinagem da interface (portas de entrada/saída, furos de montagem) → usinagem da superfície de vedação (planicidade ≤ 0,05 mm) → rebarbação → inspeção de limpeza

requisitos de usinagem

• ranhuras de vedação na face final:

• Tolerância de largura ±0,02 mm

• Tolerância de profundidade ±0,01 mm

• furos roscados:

• precisão 7h

• perpendicularidade ≤ 0,05 mm

• Planicidade da superfície de montagem: ≤ 0,1 mm / 100 mm

• limpeza:

• partículas ≤ 100 unidades/m²

• resíduo de óleo ≤ 10 mg/m²

5. Usinagem da tampa final e preparação para soldagem

Seleção do material da tampa (mesma liga ou liga compatível) → acabamento CNC → acabamento da superfície de vedação (ra ≤ 1,6 μm) → usinagem do chanfro de soldagem → limpeza (limpeza ultrassônica) → posicionamento de montagem (dispositivos de fixação específicos)

parâmetros de projeto da tampa final

• Espessura: 3–10 mm (com base nos requisitos de pressão)

• Métodos de vedação:

• vedação de ranhura de anel o

• vedação plana

• soldagem completa

• Opções de soldagem:

• soldagem por fricção (FSW)

• soldagem a laser

• soldagem TIG

6. Etapa de soldagem e vedação

Seleção do processo de soldagem → montagem do dispositivo de fixação → configuração dos parâmetros de soldagem → execução automatizada da soldagem → tratamento térmico pós-soldagem (alívio de tensões) → inspeção da aparência da solda

comparação de processos de soldagem

• soldagem por fricção (FSW):
  no filler material, high joint strength, ideal for long straight seams

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

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

7. Testes de pressão e vedação

• teste de vazamento de hélio

• Teste de pressão hidrostática (1,5× pressão de trabalho)

• Teste de pressão de ruptura (≥ 3× pressão de trabalho)

• Teste de ciclo de pressão (100.000 ciclos)

padrões de teste

• Taxa de vazamento: ≤ 1×10⁻⁷ mbar·l/s (hélio)

• Retenção de pressão: 1,5 MPa × 5 min, queda de pressão ≤ 0,01 MPa

• Pressão de ruptura: ≥ 3,0 MPa

• Ciclagem de pressão: 0,2–1,0 MPa, 100.000 ciclos sem vazamento

8. Etapa de tratamento de superfície (opcional)

Pré-tratamento (desengorduramento, decapagem) → anodização (natural/preta) → selagem → revestimentos funcionais → cura e secagem

opções de tratamento de superfície

• anodização:

• espessura 10–15 μm

• rigidez dielétrica ≥ 500 V

• Revestimento de níquel químico:

• espessura 10–20 μm

• resistência à corrosão aprimorada

• ptfe coating:
  improved chemical resistance

• insulating coatings:
  for electrical isolation requirements

9. Processo de limpeza e secagem

Lavagem com água deionizada de alta pressão → limpeza ultrassônica (detergente neutro) → enxágue em contracorrente de três estágios → secagem com ar quente (80–100 °C) → secagem a vácuo (aplicações de alta confiabilidade) → preenchimento com nitrogênio para prevenção de oxidação

padrões de limpeza

• Tamanho das partículas: ≤ 50 μm

• Resíduo não volátil: ≤ 10 mg/m²

• Teor de íons cloreto: ≤ 1 ppm

• condutividade: ≤ 5 μs/cm

10. Montagem de acessórios

Instalação da vedação (silicone / fkm / epdm) → montagem das conexões de engate rápido → instalação do sensor de temperatura (opcional) → instalação do sensor de pressão (opcional) → etiquetagem (informações do produto e sentido do fluxo)

requisitos de acessórios

• Materiais de vedação: EPDM, FKM, silicone (−40°C a 150°C)

• Padrões de conectores: DIN, SAE, JIS, BSPP

• Precisão do sensor:

• temperatura ±0,5°C

• pressão ±1% fs

11. Testes de desempenho do produto acabado

Teste de resistência térmica (método padrão de fonte de calor) → teste de resistência ao fluxo (curva de fluxo versus queda de pressão) → teste de uniformidade de fluxo (projetos multicanal) → teste de durabilidade (ciclos térmicos e de pressão) → reinspeção final de vazamento de hélio (inspeção de 100%)

indicadores de desempenho

• Resistência térmica: 0,01–0,05 °C/W (dependendo do projeto e do fluxo)

• Resistência ao fluxo: ≤ 50 kPa a 10 l/min (típico)

• Desvio da uniformidade do fluxo: ≤ 10%

• Faixa de temperatura de operação: −40°C a 120°C

12. Inspeção final e embalagem

Inspeção visual → amostragem dimensional (CMM) → preparação da documentação → embalagem anticorrosiva (VCI) → embalagem à prova de choque → rotulagem da caixa externa

especificações de embalagem

• Proteção individual: saco PE + papel VCI

• Orientação da embalagem: colocação vertical

• Conteúdo da etiqueta: identificação do produto, data de produção, sentido do fluxo, marcação de fragilidade.

• Condições de armazenamento: −10 °C a 40 °C, ≤ 70% UR

13. Documentação e rastreabilidade

Certificado de conformidade → Certificados de materiais → Relatórios de testes de desempenho → Registros de processo → Etiquetas de rastreabilidade (código QR/código de barras) → Manual de instalação e operação

pontos de controle críticos para a qualidade (ctq)

capacidade de processo e capacidade de produção

• Largura da extrusão: 30–300 mm

• altura: 10–100 mm

• Comprimento: 500–6000 mm

• espessura mínima da parede:

• Parede do canal: 1,0 mm

• parede externa: 1,5 mm

• rugosidade da superfície:

• superfície extrudada: ra ≤ 3,2 μm

• superfície usinada: ra ≤ 1,6 μm

diretrizes de design e melhores práticas

projeto de canal de fluxo

• diâmetro hidráulico: 4–8 mm

• Proporção da tela: ≤ 10:1

• Raio de curvatura: ≥ 1,5 × largura do canal

• design de entrada/saída em forma de sino

• Aletas internas opcionais para melhor transferência de calor.

projeto estrutural

• espessura de parede uniforme

• Nervuras de reforço em locais críticos

• layout de montagem sem estresse

• margem de expansão térmica

estratégia de seleção de materiais

• Aplicações gerais: 6063-t5

• Aplicações de alto desempenho: 6061-t6

• Ambientes agressivos: revestimentos adicionais

otimização de custos

• seções transversais padronizadas

• melhor aproveitamento de materiais

• usinagem secundária reduzida

• economias de escala na produção em massa

Com sua estrutura extrudada em peça única, baixo risco de vazamento, alta confiabilidade e excelente custo-benefício, as placas frias líquidas extrudadas desempenham um papel insubstituível em aplicações de resfriamento de alta densidade de potência. À medida que setores como veículos elétricos, data centers, comunicações 5G e energia renovável continuam a crescer, as placas frias personalizadas e as soluções de placas frias líquidas personalizadas evoluirão para maior desempenho, menor peso e gerenciamento térmico mais inteligente, fornecendo soluções robustas e escaláveis para sistemas de resfriamento líquido de próxima geração.