액체 냉판 비용에 영향을 미치는 요인

액체 냉각판 제조에서 가장 큰 두 가지 비용 동인은 열 전도성 요구 사항과 연간 수요인데, 이는 일반적으로 열 엔지니어와 제조 엔지니어가 거의 또는 전혀 통제할 수 없습니다. 그러나 거칠기, 평탄도, 경도, 표면 형태, 설치 특성 및 액체 연결 사양이 액체 냉각판 비용에 어떤 영향을 미치는지 이해하면 비용을 절감할 수 있습니다.

대부분의 냉수판은 알루미늄으로 만들어졌지만 일부 신기술은 구리를 사용합니다. 구리는 열전도율이 더 우수하지만 일반적으로 더 저렴하고 가벼우며 사용하기 쉽기 때문에 알루미늄이 더 자주 사용됩니다.구리 가공은 매우 어렵고 비용이 많이 듭니다.

현재 가장 널리 사용되는 두 가지 알루미늄 냉각판 기술은 내장형 튜부와 진공 브레이징입니다.

내장형 튜브 냉각판은 일반적으로 알루미늄 프로파일 홈에 압착된 구리 또는 스테인리스강 튜브입니다. 이는 뛰어난 비용 이점을 가지며 중간 및 낮은 전력 밀도 장치에 탁월한 냉각 솔루션을 제공합니다.

진공 브레이징 콜드 플레이트는 두 개의 조각을 내부 채널과 핀 구조로 가공한 후 진공 챔버에 조심스럽게 밀봉하여 가열한 금속판을 말합니다. 녹는점이 낮은 용가재는 해당 공정 조건에서 모세관 현상을 통해 냉각판의 접합부로 녹고, 내부 채널과 핀 구조를 가진 두 개의 플레이트가 연결되어 내부 흐름 채널을 형성합니다.

위의 요소 다음으로 알루미늄 냉각판의 가장 큰 비용 요인은 처리 시간과 추가 처리 단계입니다. 냉각판 제조업체는 일반적으로 기계, 전원 공급 장치, 소모품 및 유지 관리에 대한 감가상각비를 포함하여 처리 시간과 관련된 비용을 부담합니다. 따라서 냉각판을 제조 장비에 오래 배치할수록 비용이 높아집니다. 각 추가 처리 단계로 인해 비용이 계속 증가합니다.

(1) 압출부품 및 다이캐스팅
가공시간을 최소화하고 원가를 낮추기 위해서는 압출과 주조를 최대한 활용하는 것이 가장 좋다. 압출은 고정된 단면을 가진 물체를 만들기 위해 금형을 통해 금속을 밀어서 생성됩니다. 새로운 압출에 사용되는 금형은 상대적으로 저렴하며, 압출 크기는 폭이 약 9인치(22.{3}}센티미터)로 제한됩니다. 압출 벽 두께는 상대적으로 일정해야 하며 모든 채널이나 형상은 직선이어야 합니다. 제조업체는 압출과 가공을 결합하여 비용을 절감할 수도 있습니다.

특정 형상은 돌출될 수 있으며, 그런 다음 더 복잡한 형상을 처리할 수 있습니다. 시트를 설계할 때 압출 특성을 고려한다면 이는 압출 비용을 줄이는 데 도움이 됩니다.

또 다른 옵션은 주조와 가공을 결합하여 냉각판을 제조하는 것입니다. 예를 들어 주조가 충분히 매끄럽지 않은 경우 냉각판에 필요한 평탄도 사양을 달성하려면 두 번째 작업이 필요합니다.

일반적으로 압출이나 주조를 위한 최소 구매 수량이 매우 높기 때문에 이러한 공정의 사용을 정당화하려면 이를 올바르게 적용해야 합니다. 압출과 주조 모두 상당한 비용을 절감할 수 있습니다.

(2) 표면 거칠기

표면 거칠기(매끄러움)는 비용을 크게 증가시킬 수 있지만 성능에는 거의 영향을 미치지 않습니다. 일부 사람들의 견해와는 달리 거칠기는 냉각판의 열 성능에 상대적으로 작은 영향을 미칩니다.

대부분의 응용 분야에서 액체 냉각판과 부품 사이의 표면 접촉은 10% 미만이거나 공극이 90%를 초과합니다. 표면이 매끄러울수록 에어 갭의 비율이 약간만 감소합니다. 일반적인 가공 냉각판의 표면 마감은 32-64μin(81-163μcm)이며 이는 대부분의 응용 분야에 충분합니다. 표준 머시닝 센터를 사용하면 거칠기를 41μcm(16μ인치)로 줄일 수 있지만, 이를 위해서는 잠재적인 채터링을 줄이고 가공 헤드 속도와 이송 속도를 낮추기 위해 보다 견고한 고정 장치가 필요합니다. 속도와 이송 속도를 줄이면 가공 속도가 느려집니다. 센터타임이 길어져 비용이 증가합니다.

대부분의 응용 분야에서는 부품 또는 회로 기판과 액체 냉각판 사이에 TIM(열 인터페이스 재료)을 사용하여 간격을 최소화합니다. TIM은 가능한 한 얇아야 합니다. 상대적으로 높은 열 저항은 더 매끄러운 표면으로 전도성 향상을 크게 가릴 수 있기 때문입니다. 냉각판에 있는 부품이나 플레이트의 조임력을 높이면 더 높은 거칠기를 상쇄하는 데 도움이 되지만 플레이트나 부품에 가해지는 응력이 증가할 수 있습니다. 냉각판과 부품 또는 회로 기판이 가열되면 클램핑 응력으로 인해 열팽창 계수 불일치의 영향이 증가할 수도 있습니다.

(3) 표면 평활성
표면 거칠기와 비교하여 표면 매끄러움은 냉각판의 열 성능에 더 큰 영향을 미칩니다. 냉각판이 매끄럽지 않으면 접촉 면적이 크게 줄어듭니다. 표준 평탄도 사양은 {{0}}.00인치당 1인치(0.0센티미터당 03센티미터)입니다. 따라서 측정 지점으로부터 1인치 범위 내에서 냉각판의 가장 낮은 지점은 가장 높은 지점보다 0.001인치(0.003센티미터) 낮지 않습니다. 평탄도가 인치당 0.001인치(센티미터당 0.003센티미터)보다 좋아야 하는 경우 비용 효율적인 한 가지 방법은 전체 보드의 단단한 평탄도보다는 국부 평탄도를 지정하는 것입니다.

(4) 경도

주조, 압출 또는 진공 브레이징 냉각판은 가공 후 매우 부드러우며 일반적으로 경도는 T{{0}}뿐입니다. 연질 알루미늄은 가공 및 취급이 어렵기 때문에 냉각판을 경화시켜야 합니다. 경도를 T0에서 T4로 높이려면 냉각판에 열처리를 실시해야 합니다. 열처리 공정에는 냉각판을 538°C(1000°F)로 가열하여 냉각판 두께 1인치당 약 1시간 동안 해당 온도를 유지한 다음 급속 냉각하여 열충격을 가하는 과정이 포함됩니다. 냉각판을 냉각하는 한 가지 방법은 이를 용광로에서 직접 떨어뜨려 수조에 넣는 것입니다. 냉각판을 T4에서 T6으로 가져오려면 냉각판에 인공 시효를 수행해야 합니다. 이는 냉각판을 8-16시간 동안 300°F-400°F(149°C-204°C)에 배치하여 달성됩니다. T6은 군사 및 항공우주 응용 분야의 일반적인 요구 사항인 높은 인장 강도를 갖춘 매우 단단한 냉각판을 제공합니다. 그러나 대부분의 애플리케이션에서 T4는 이미 충분히 어렵고 T6을 지정하면 불필요한 비용만 증가할 뿐입니다.

(5) 설치 특징/구멍
냉각판 제조의 또 다른 비용 증가 요인은 구멍의 증가입니다. 구멍이 있으면 냉각판 비용이 최대 3달러까지 증가할 수 있습니다. 드릴링 비용이 증가하는 주된 이유 중 하나는 유체 경로에 구멍을 뚫을 수 없기 때문입니다. 따라서 관형 냉각판의 경우 구멍을 수용하기 위해 파이프를 구부려야 하며 구부릴 때마다 비용이 증가합니다. 진공 브레이징 냉각판의 경우 유체 경로에 아일랜드를 만들어야 하며 이는 내부 핀에 방전 가공(EDM)을 수행하는 것을 의미하기도 합니다. 이로 인해 처리 시간이 크게 늘어나 비용이 증가합니다.

구멍의 위치와 간격에 대한 엄격한 허용 오차도 비용을 증가시킬 수 있습니다. 합리적인 공차 사양은 ±{0}}.005인치(± 0.013센티미터)입니다. 평탄도와 마찬가지로 국부 공차를 최대한 지정하면 비용이 절감됩니다. 구멍이 상대적으로 멀리 떨어져 있는 대형 냉각판의 경우 공차를 유지하기가 더 어려워집니다. 그 이유 중 하나는 헤드 이동 거리가 길어질수록 공작 기계 공차가 증가하기 때문입니다. 또 다른 이유는 가공 작업장에서 최대 10°C(18°F)의 열 구배가 있을 수 있으며 이로 인해 냉각판이 최대 0.005인치(± 0.013cm)까지 팽창하거나 수축할 수 있기 때문입니다. 관통 구멍은 단일 도구 작업을 통해 생성되므로 더 엄격한 공차를 지정하기 가장 쉬운 반면, 스레드 구멍을 만드는 데는 두 개의 도구가 필요하기 때문에 공차가 있을 가능성이 낮습니다. 스파이럴 오일은 태핑 홀이 필요한 공정이기 때문에 공차가 가장 어렵고, 스파이럴 오일 자체에도 공차가 있습니다. 모든 공차가 합산되어 제조가 더욱 어렵고 비용이 많이 듭니다. 작은 태핑 구멍을 피하는 것도 비용 절감에 도움이 될 수 있습니다. 4-40 이하의 구멍 크기는 드릴링 중에 탭이 파손될 수 있으므로 탭하기가 어려워집니다. 이 문제를 최대한 최소화하려면 기계의 작동 속도를 훨씬 느리게 해야 합니다. 콜드 보드에 대한 엄격한 허용 오차 요구 사항을 해결하는 한 가지 방법은 구성 요소나 회로 보드의 장착 구멍 크기를 늘리는 것입니다.

(6) 액체 연결
액체 연결의 경우 일반적으로 직선형 O-링 암 포트가 가장 좋은 효과를 냅니다. 용접 시스템 외에도 최저 비용으로 최고의 씰링을 제공합니다. 파이프라인 연결(예: NPT 조인트)은 냉각판과 같은 구성요소에 필요한 정확도를 제공할 수 없습니다. 진공 브레이징 냉각판에서는 바브 또는 비드 피팅과 같은 외부 스레드 피팅을 사용하지 않는 것이 좋습니다. 피팅을 연결하려면 다른 작업(예: 용접)이 필요하기 때문입니다. 또한 냉각판 외부의 액세서리는 운송 중에 보호해야 하므로 포장 비용이 증가할 수 있습니다. 빠른 연결 해제는 쌍당 비용이 최대 $750에 달할 수 있으므로 필요한 경우에만 사용해야 합니다. 자주 교체해야 하는 콜드 보드나 전자 장치는 신속하게 연결을 끊어야 합니다. 이미 냉각수로 채워진 냉각판의 경우에도 필요합니다. 액체 연결의 경우 고려해야 할 또 다른 요소는 포트 허용 오차입니다. 일반적으로 들어오는 파이프라인에는 어느 정도 유연성이 있습니다. 합리적인 허용 오차는 ±0.030인치(0.076센티미터)에서 ± 0.060인치(0.152센티미터) 사이입니다.

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