압출 액상 냉간판 제조 공정

압출식 액체 냉각판은 알루미늄 합금 압출 공정을 통해 제조되는 통합 열 관리 부품입니다. 이 액체 냉각판은 물, 물-글리콜 혼합물 또는 불소화 유체와 같은 액체 냉각 매체를 사용하여 효율적인 열 교환을 구현합니다.

이 냉각판 액체 냉각 기술의 핵심 특징은 압출 알루미늄 프로파일 내부에 밀폐형 또는 다중 공동 내부 유동 채널을 형성하는 것입니다. 이러한 구조는 낮은 유동 저항, 높은 내압성, 소형 설계 및 비용 절감을 제공하여 고출력 밀도 전자 장치, 배터리 팩, 서버 액체 냉각 및 전력 전자 장치에 널리 사용됩니다.

액체 냉각판의 작동 원리를 이해하는 것은 매우 중요합니다. 열은 열원에서 냉각판 본체로 전달되어 내부 액체 흐름 채널로 이동한 후 강제 대류를 통해 외부로 방출됩니다. 튜브형 냉각판이나 브레이징 방식의 액체 냉각판에 비해 압출 방식은 구조적 안정성이 높고 누출 위험이 적습니다.

핵심 기술적 특징

• one-piece extruded flow channels
  seamless internal channels formed during 압출 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 유로 설계s
  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
  파열 압력: ≥ 3.0 MPa

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

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

일반적인 적용 시나리오

• 전기 자동차 배터리 팩 수냉식 플레이트 시스템

• 서버 CPU/GPU용 전자제품 냉각판

• 고출력 레이저 냉각 시스템

• IGBT 및 전력 모듈 냉각판

• 에너지 저장 시스템 열 관리

압출 액상 냉판 제조 공정

1. 원료 준비 단계

알루미늄 빌릿 선별 → 화학 조성 분석(분광기) → 기계적 특성 시험(경도, 인장 강도) → 전처리(절단, 단면 가공) → 자재 보관

• 합금 등급: 6061-t5/t6, 6063-t5

• 빌릿 직경: φ100–φ300 mm

• 전처리 정확도:

• 길이 허용 오차: ±1 mm

• 단면 직각도: ≤ 0.1 mm

2. 금형 설계 및 제조 단계

유로 설계(CFD 열 시뮬레이션 최적화) → 압출 금형 설계(포트 홀, 용접 챔버, 베어링 랜드) → 금형강 선정(H13 고온 작업 공구강) → CNC 황삭 가공 → 열처리(담금질 + 3중 템퍼링) → 정밀 가공(EDM, 와이어 커팅) → 연마(베어링 랜드 Ra ≤ 0.4 μm) → 시험 압출 검증

이 단계는 압출 액상 냉각판의 내부 형상과 성능을 직접적으로 결정하며, 조립 후 접합에 의존하는 브레이징 액상 냉각판 구조와 구별되는 특징입니다.

3. 압출 성형 단계

알루미늄 빌릿 예열(480~520°C) → 금형 예열(450~480°C) → 압출 매개변수 설정 → 프로파일 압출(속도 1~5m/min) → 온라인 담금질(공랭 또는 미스트 냉각) → 인발 및 교정 → 고정 길이 절단 → 시효 처리(t5/t6 조건)

압출 공정은 안정적인 판형 액체 냉각 성능을 지원하는 일관된 내부 유동 채널을 만들어냅니다.

4. CNC 정밀 가공 단계

기준면 가공(좌표계 설정) → 단면 가공(유로 개구부) → 계면 가공(입구/출구, 장착 구멍) → 밀봉면 가공(평탄도 ≤ 0.05mm) → 버 제거 → 청결도 검사

가공 요구 사항

• 단면 밀봉 홈:

• 폭 공차 ±0.02 mm

• 깊이 공차 ±0.01 mm

• 나사 구멍:

• 정확도 7시간

• 직각도 ≤ 0.05 mm

• 장착면 평탄도: ≤ 0.1 mm / 100 mm

• 청결:

• 입자 ≤ 100개/m²

• 오일 잔류물 ≤ 10 mg/m²

5. 엔드 캡 가공 및 용접 준비

엔드 캡 재질 선택(동일 또는 호환 합금) → CNC 가공 → 밀봉면 가공(ra ≤ 1.6 μm) → 용접 홈 가공 → 세척(초음파 세척) → 조립 위치 조정(전용 고정 장치 사용)

엔드 캡 디자인 매개변수

• 두께: 3~10mm (압력 요구 사항에 따라 다름)

• 밀봉 방법:

• 오링 홈 밀봉

• 평면 밀봉

• 완전 용접 밀봉

• 용접 옵션:

• 마찰교반용접(FSW)

• 레이저 용접

• 티그 용접

6. 용접 및 밀봉 단계

용접 공정 선택 → 지그 조립 → 용접 매개변수 설정 → 자동 용접 실행 → 용접 후 열처리(응력 제거) → 용접 외관 검사

용접 공정 비교

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

• 레이저 용접:
  small heat-affected zone, high precision, suitable for complex seams

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

7. 압력 및 밀봉 테스트

• 헬륨 누출 테스트

• 정수압 시험 (작동 압력의 1.5배)

• 파열 압력 시험 (작동 압력의 3배 이상)

• 압력 사이클 테스트(10만 사이클)

시험 기준

• 누출률: ≤ 1×10⁻⁷ mbar·l/s (헬륨)

• 압력 유지: 1.5 MPa × 5분, 압력 강하 ≤ 0.01 MPa

• 파열 압력: ≥ 3.0 MPa

• 압력 사이클링: 0.2~1.0 MPa, 누출 없이 10만 사이클

8. 표면 처리 단계 (선택 사항)

전처리(탈지, 산세척) → 양극 산화(천연/흑색) → 밀봉 → 기능성 코팅 → 소성 및 경화

표면 처리 옵션

• 양극 산화 처리:

• 두께 10–15 μm

• 절연 강도 ≥ 500V

• 무전해 니켈 도금:

• 두께 10–20 μm

• 향상된 부식 저항성

• ptfe coating:
  improved chemical resistance

• insulating coatings:
  for electrical isolation requirements

9. 세척 및 건조 과정

고압 탈수 세척 → 초음파 세척(중성 세제) → 3단계 역류 헹굼 → 고온 공기 건조(80~100°C) → 진공 건조(고신뢰성 응용 분야) → 산화 방지를 위한 질소 충전

청결 기준

• 입자 크기: ≤ 50 μm

• 비휘발성 잔류물: ≤ 10 mg/m²

• 염화이온 함량: ≤ 1 ppm

• 전도도: ≤ 5 μs/cm

10. 액세서리 조립

씰 설치(실리콘/FKM/EPDM) → 퀵 커넥트 피팅 조립 → 온도 센서 설치(선택 사항) → 압력 센서 설치(선택 사항) → 라벨 부착(제품 정보 및 유량 방향)

액세서리 요구 사항

• 밀봉재: EPDM, FKM, 실리콘 (-40°C ~ 150°C)

• 커넥터 표준: DIN, SAE, JIS, BSPP

• 센서 정확도:

• 온도 ±0.5°C

• 압력 ±1% fs

11. 완제품 성능 테스트

열 저항 시험(표준 열원 방식) → 유동 저항 시험(유량 대 압력 강하 곡선) → 유동 균일성 시험(다중 채널 설계) → 내구성 시험(열 및 압력 사이클링) → 최종 헬륨 누출 재검사(100% 검사)

성과 지표

• 열 저항: 0.01–0.05 °C/w (설계 및 유량에 따라 다름)

• 유동 저항: 10 l/min 유량에서 ≤ 50 kPa (일반적인 값)

• 유동 균일도 편차: ≤ 10%

• 작동 온도 범위: -40°C ~ 120°C

12. 최종 검사 및 포장

육안 검사 → 치수 측정(cmm) → 문서 준비 → 부식 방지 포장(vci) → 충격 방지 포장 → 외부 상자 라벨 부착

포장 사양

• 개별 제품 보호: PE 백 + VCI 용지

• 포장 방향: 수직 배치

• 라벨 내용: 제품 ID, 제조일자, 흐름 방향, 파손주의 표시

• 보관 조건: -10°C ~ 40°C, 상대습도 70% 이하

13. 문서화 및 추적성

적합성 인증서 → 재료 인증서 → 성능 시험 보고서 → 공정 기록 → 추적성 라벨(QR 코드/바코드) → 설치 및 작동 설명서

품질에 중요한(ctq) 관리점

공정 능력 및 생산 능력

• 압출 폭: 30~300mm

• 높이: 10~100mm

• 길이: 500~6000mm

• 최소 벽 두께:

• 채널 벽 두께: 1.0 mm

• 외벽: 1.5mm

• 표면 거칠기:

• 압출면: ra ≤ 3.2 μm

• 가공면: ra ≤ 1.6 μm

디자인 가이드라인 및 모범 사례

유로 설계

• 수력 직경: 4~8mm

• 화면비: 10:1 이하

• 굽힘 반경: 채널 폭의 1.5배 이상

• 벨 마우스형 입/출구 디자인

• 열 전달 향상을 위한 선택 사양 내부 핀

구조 설계

• 균일한 벽 두께

• 중요 부위에 보강 리브

• 스트레스 없는 설치 레이아웃

• 열팽창 허용치

재료 선택 전략

• 일반 응용 분야: 6063-t5

• 고성능 애플리케이션: 6061-t6

• 가혹한 환경: 추가 코팅

비용 최적화

• 표준화된 단면

• 재료 활용도 향상

• 2차 가공 감소

• 대량 생산에서의 규모의 경제

일체형 압출 구조, 낮은 누출 위험, 높은 신뢰성 및 탁월한 비용 효율성을 갖춘 압출형 액체 냉각판은 고출력 밀도 냉각 응용 분야에서 대체 불가능한 역할을 합니다. 전기 자동차, 데이터 센터, 5G 통신 및 신재생 에너지와 같은 산업이 지속적으로 성장함에 따라 맞춤형 냉각판 및 맞춤형 액체 냉각판 솔루션은 더욱 향상된 성능, 경량화 및 스마트한 열 관리 기능을 갖추도록 발전하여 차세대 액체 냉각 시스템을 위한 견고하고 확장 가능한 솔루션을 제공할 것입니다.