اللحام بالفراغ مقابل اللحام بالاحتكاك (FSW): ما هي العملية التي تفوز بالألواح الباردة السائلة؟

عند اختيار عملية الربط المثالية للألواح الباردة السائلة عالية الأداء، غالبًا ما يقتصر الاختيار على تقنيتين متقدمتين من تقنيات التصنيع: اللحام بالفراغ واللحام بالتحريك بالاحتكاك (FSW). يعد لحام الاحتكاك (FSW) في كثير من الأحيان الخيار الأفضل للألواح الباردة السائلة الحديثة وعالية الموثوقية والمصنوعة بالكامل من الألومنيوم نظرًا لعملية الحالة الصلبة التي تخلق رابطة معدنية أقوى وخالية من الفراغات وأكثر متانة. ومع ذلك، يظل اللحام بالفراغ وسيلة قوية لا غنى عنها للتطبيقات التي تتطلب هياكل زعانف داخلية معقدة أو ربط مواد مختلفة، مثل الألومنيوم بالنحاس. 'الفائز' النهائي ليس مطلقًا ولكن يتم تحديده من خلال الأولويات المحددة لتطبيقك، بما في ذلك الأداء الحراري ومتطلبات الضغط وتعقيد التصميم والتكلفة.

ما هي اللوحة الباردة السائلة ولماذا تعتبر عملية الانضمام حاسمة؟

اللوحة الباردة السائلة عبارة عن جهاز إدارة حراري عالي الأداء مصمم لتبديد الأحمال الحرارية الكبيرة من إلكترونيات الطاقة وأشعة الليزر والبطاريات والمكونات الأخرى عالية الكثافة. وهو يعمل عن طريق تعميم سائل التبريد (عادة خليط الماء والجليكول) من خلال القنوات الداخلية، وامتصاص الحرارة من المكون المثبت على سطحه، ونقلها بعيدًا. تتكون اللوحة الباردة النموذجية من لوحة قاعدة، وزعانف أو هياكل داخلية لزيادة مساحة السطح لنقل الحرارة، وغطاء. الطريقة المستخدمة لربط هذه القطع معًا ليست تفاصيل بسيطة، فهي أساسية لأداء لوحة التبريد وموثوقيتها وعمرها الافتراضي.

تؤثر عملية الانضمام بشكل مباشر على ثلاثة عوامل حاسمة. الأول هو الأداء الحراري . يمكن لأي فراغات أو فجوات أو مواد حشو منخفضة التوصيل في الواجهة المشتركة أن تخلق مقاومة حرارية، مما يعيق تدفق الحرارة من الجهاز إلى سائل التبريد. الثاني هو السلامة الميكانيكية والموثوقية ; يجب أن يكون المفصل قويًا بما يكفي لتحمل ضغوط التشغيل والتدوير الحراري والاهتزاز الميكانيكي دون فشل. التسرب هو فشل كارثي يمكن أن يدمر الأجهزة الإلكترونية التي يتم تبريدها. ثالثاً، حرية التصميم ؛ يمكن لعملية التصنيع إما تمكين أو تقييد تعقيد القنوات الداخلية، والذي بدوره يحدد كفاءة التبريد.

فهم المتنافسين: الغوص العميق

لاتخاذ قرار مستنير، من الضروري فهم كيفية عمل كل عملية، بما في ذلك مزاياها وعيوبها المتأصلة.

ما هو فراغ مختلط؟ الطريقة التي تم اختبارها عبر الزمن

اللحام بالفراغ هو عملية ربط ذات درجة حرارة عالية تستخدم معدن حشو (سبائك النحاس) لإنشاء رابطة بين اثنين أو أكثر من مكونات المعدن الأساسي. يتم وضع المجموعة بأكملها، جنبًا إلى جنب مع معدن الحشو، في فرن مفرغ. بالنسبة لألواح الألومنيوم الباردة، غالبًا ما يتم استخدام صفائح رقيقة من سبائك الألومنيوم والسيليكون سهلة الانصهار كمعدن حشو، إما كرقائق منفصلة أو مغطاة مباشرة بالمادة الأساسية.

• المزايا:

• ممتاز لإنشاء أشكال هندسية داخلية معقدة للغاية (على سبيل المثال، حقول الزعانف الكثيفة).

• يسمح بربط مواد مختلفة (مثل الألومنيوم والنحاس).

• ينتج وصلات نظيفة وخالية من التدفق بسبب بيئة الفراغ.

• العيوب:

• درجات الحرارة المرتفعة يمكن أن تصلب وتلين المادة الأساسية.

• خطر 'نفاذ النحاس' (الحشو الزائد) الذي يسد القنوات.

• المقاومة الحرارية عند المفصل بسبب خصائص الحشو المعدنية.

ما هو لحام الاحتكاك (FSW)؟ مبتكر الحالة الصلبة

يعد اللحام بالاحتكاك عملية ثورية لربط الحالة الصلبة ، مما يعني عدم ذوبان المعدن لإنشاء اللحام. تولد الأداة الدوارة غير القابلة للاستهلاك حرارة موضعية مكثفة، مما يؤدي إلى تلدين المعدن. أثناء مرور الأداة على طول خط المفصل، فإنها تعمل ميكانيكيًا على 'تحريك' المواد الناعمة معًا، مما يؤدي إلى إنشاء لحام دقيق الحبيبات ومزور وموحد بالكامل. والنتيجة هي هيكل متجانسة.

• المزايا:

• يخلق وصلة معدنية متفوقة وخالية من الفراغات أقوى من المادة الأساسية.

• موثوقية عالية للغاية وخطر التسرب صفر تقريبًا.

• عدم وجود مادة حشو يعني عدم وجود مقاومة حرارية إضافية.

• يؤدي إدخال الحرارة المنخفضة إلى الحد الأدنى من التشوه ومنطقة أصغر تتأثر بالحرارة.

• العيوب:

• الأنسب للمفاصل الخطية أو المنحنية بلطف.

• يتطلب لقط جامدة وآلات متخصصة.

• يترك فتحة دخول/خروج يجب سدها.

مقارنة وجهاً لوجه: اللحام بالفراغ مقابل FSW

ما هي العملية التي يجب أن تختارها؟ السيناريوهات الخاصة بالتطبيق

متى يلمع اللحام بالفراغ؟

• الأشكال الهندسية الداخلية المعقدة: إذا كان التصميم الخاص بك يتطلب حقول زعانف كثيفة أو مطوية أو مزلقة داخل اللوحة الباردة، فإن عملية اللحام بالنحاس هي العملية الوحيدة التي يمكنها ربط هذه الهياكل في وقت واحد.

• معادن مختلفة: إذا كان تطبيقك يحتاج إلى قاعدة نحاسية للنشر مع هيكل من الألومنيوم للوزن، فإن اللحام بالفراغ هو المعيار الذهبي.

• الأشكال متعددة الطبقات: تتعامل الطبيعة المجمعة للنحاس الفراغي مع الأشكال ثلاثية الأبعاد غير التقليدية وغير المستوية بشكل فعال.

متى يكون لحام الاحتكاك هو الفائز الواضح؟

• موثوقية المهام الحرجة: بالنسبة لمعدات الطيران أو المعدات الطبية أو الليزر عالية الطاقة حيث قد يكون التسرب كارثيًا.

• بيئات الضغط العالي: تتعامل القوة المصقولة لمفاصل FSW مع ضغوط المبرد العالية أو المسامير بشكل أفضل بكثير.

• مقاومة التعب الشديد: في مجموعات بطاريات السيارات الكهربائية (EV) تخضع لاهتزازات عالية ودورات حرارية.

مستقبل تصنيع الألواح الباردة

مع زيادة كثافة الطاقة، أصبح لحام الاحتكاك بسرعة الطريقة المفضلة للجيل التالي من الألواح الباردة السائلة المصنوعة بالكامل من الألومنيوم ، لا سيما في أسواق السيارات الكهربائية ومراكز البيانات المزدهرة. ومع ذلك، يظل اللحام بالفراغ أمرًا حيويًا للتطبيقات المتخصصة والمعقدة للغاية. نحن نشهد أيضًا ارتفاعًا في الأساليب الهجينة حيث تقوم FSW بإنشاء الختم الرئيسي بينما يتم ربط الهياكل الداخلية عبر طرق متقدمة أخرى.

الخلاصة: اتخاذ القرار النهائي بشأن الحل الحراري الخاص بك

يعتمد القرار على تحليل بسيط للمفاضلة:

اختر Vacuum Brazing عندما يعطي التصميم الخاص بك الأولوية للتعقيد الهندسي ومرونة المواد . اختر لحام الاحتكاك (FSW) عندما يعطي التصميم الخاص بك الأولوية للموثوقية القصوى والقوة الميكانيكية والأداء الحراري المتسق.

[العودة إلى الأعلى]