Пайка в вакууме или сварка трением с перемешиванием (FSW): какой процесс лучше для пластин жидкостного охлаждения?

При выборе идеального процесса соединения высокопроизводительных листов жидкостного охлаждения выбор часто сужается до двух передовых технологий производства: вакуумной пайки и сварки трением с перемешиванием (FSW). Сварка трением с перемешиванием (FSW) часто является лучшим выбором для современных, высоконадежных, полностью алюминиевых листов жидкостного охлаждения, поскольку ее твердотельный процесс создает более прочное, свободное от пустот и более долговечное металлургическое соединение. Тем не менее, вакуумная пайка остается незаменимым и эффективным методом для применений, требующих сложных внутренних структур ребер или соединения разнородных материалов, таких как алюминий и медь. Окончательный «победитель» не является абсолютным, а определяется конкретными приоритетами вашего применения, включая тепловые характеристики, требования к давлению, сложность конструкции и стоимость.

Что такое жидкостная холодная плита и почему процесс соединения важен?

Жидкостная охлаждающая пластина — это высокопроизводительное устройство терморегулирования, предназначенное для рассеивания значительных тепловых нагрузок от силовой электроники, лазеров, батарей и других компонентов высокой плотности. Он функционирует за счет циркуляции охлаждающей жидкости (обычно водно-гликолевой смеси) по внутренним каналам, поглощая тепло от компонента, установленного на его поверхности, и отводя его. Типичная холодная плита состоит из опорной пластины, внутренних ребер или конструкций для увеличения площади поверхности теплопередачи и крышки. Метод, используемый для соединения этих частей, не является второстепенной деталью — он имеет основополагающее значение для производительности, надежности и срока службы охлаждающей пластины.

Процесс присоединения напрямую влияет на три важнейших фактора. Во-первых, это тепловые характеристики ; любые пустоты, зазоры или наполнитель с низкой проводимостью на границе раздела могут создавать термическое сопротивление, затрудняющее поток тепла от устройства к охлаждающей жидкости. Во-вторых, это механическая целостность и надежность ; соединение должно быть достаточно прочным, чтобы без сбоев выдерживать рабочее давление, термоциклирование и механическую вибрацию. Утечка — это катастрофический отказ, который может разрушить охлаждаемую электронику. В-третьих, это свобода дизайна ; Производственный процесс может либо разрешить, либо ограничить сложность внутренних каналов, что, в свою очередь, определяет эффективность охлаждения.

Понимание соперников: глубокое погружение

Чтобы сделать осознанный выбор, важно понимать, как работает каждый процесс, включая присущие ему преимущества и недостатки.

Что такое вакуумная пайка? Проверенный временем метод

Вакуумная пайка — это высокотемпературный процесс соединения, в котором используется присадочный металл (припой) для создания связи между двумя или более компонентами из основного металла. Вся сборка вместе с присадочным металлом помещается в вакуумную печь. Для алюминиевых холодных пластин в качестве присадочного металла часто используется тонкий лист эвтектического сплава алюминия и кремния либо в виде отдельной фольги, либо плакированный непосредственно на основной материал.

• Преимущества:

• Отлично подходит для создания очень сложной внутренней геометрии (например, плотных ребер).

• Позволяет соединять разнородные материалы (например, алюминий и медь).

• Обеспечивает чистые, свободные от флюса соединения благодаря вакуумной среде.

• Недостатки:

• Высокие температуры могут отжечь и размягчить основной материал.

• Риск блокировки каналов «выходом припоя» (лишним наполнителем).

• Термическое сопротивление соединения обусловлено свойствами присадочного металла.

Что такое сварка трением с перемешиванием (FSW)? Твердотельный новатор

Сварка трением с перемешиванием — это революционный процесс соединения в твердом состоянии , означающий, что для создания сварного шва металл не плавится. Неплавящийся вращающийся инструмент генерирует интенсивное локализованное тепло, пластифицируя металл. Когда инструмент проходит вдоль линии соединения, он механически «перемешивает» размягченный материал, создавая мелкозернистый, кованый и полностью консолидированный сварной шов. В результате получается монолитная конструкция.

• Преимущества:

• Создает металлургически превосходное соединение без пустот, более прочное, чем основной материал.

• Чрезвычайно высокая надежность и практически нулевой риск утечек.

• Отсутствие наполнителя означает отсутствие дополнительного термического сопротивления..

• Низкое тепловложение приводит к минимальной деформации и уменьшению зоны термического влияния.

• Недостатки:

• Лучше всего подходит для линейных или слегка изогнутых соединений.

• Требует жесткого зажима и специального оборудования.

• Оставляет входное/выходное отверстие, которое необходимо заткнуть.

Прямое сравнение: вакуумная пайка и FSW

Какой процесс выбрать? Сценарии для конкретного приложения

Когда блестит вакуумная пайка?

• Сложная внутренняя геометрия: если ваша конструкция требует плотных, складчатых или срезанных ребер внутри холодной пластины, пайка — единственный процесс, который может соединить эти структуры одновременно.

• Разнородные металлы: если для вашего применения требуется медная основа для растекания в сочетании с алюминиевым корпусом для увеличения веса, вакуумная пайка является золотым стандартом.

• Многослойные формы. Пакетный характер вакуумной пайки позволяет эффективно обрабатывать нетрадиционные, неплоские трехмерные формы.

Когда сварка трением с перемешиванием становится явным победителем?

• Критически важная надежность: для аэрокосмического, медицинского или мощного лазерного оборудования, утечка которого может иметь катастрофические последствия.

• Среда с высоким давлением. Прочные кованые соединения FSW гораздо лучше выдерживают высокое давление охлаждающей жидкости или пиковые нагрузки.

• Чрезвычайная устойчивость к усталости: аккумуляторы электромобилей (EV) подвержены высокой вибрации и термоциклированию.

Будущее производства холодных листов

По мере увеличения удельной мощности сварка трением с перемешиванием быстро становится предпочтительным методом для изготовления полностью алюминиевых пластин с жидкостным охлаждением нового поколения , особенно на быстро развивающихся рынках электромобилей и центров обработки данных. Тем не менее, вакуумная пайка остается жизненно важной для нишевых и очень сложных применений. Мы также наблюдаем рост числа гибридных подходов, при которых FSW создает основное уплотнение, а внутренние конструкции крепятся с помощью других передовых методов.

Заключение: принятие окончательного решения относительно вашего теплового решения

Решение зависит от простого анализа компромиссов:

Выбирайте вакуумную пайку, если в вашем проекте приоритет отдается геометрической сложности и гибкости материалов . Выбирайте сварку трением с перемешиванием (FSW), если в вашей конструкции приоритетами являются максимальная надежность, механическая прочность и стабильные тепловые характеристики..

[Вернуться к началу]