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数ブラウズ：0 著者：サイトエディタ 公開された： 2025-10-21 起源：パワード
高出力の熱管理に対する需要が急速に高まっています。これは多くの要求の厳しい分野で起こっています。これらの分野には、AI サーバー、新エネルギー IGBT モジュール、EV バッテリー パックが含まれます。これらのアプリケーションには、高性能で信頼性の高い液体冷却プレートが必要です。
液体冷却プレートの全体的なパフォーマンスは、いくつかの要因によって決まります。銅やアルミニウムなど、選択した材料によって異なります。また、使用されるにも大きく依存します 接合プロセス 。接合プロセスにより、冷却チャネルが密閉されます。このプロセスにより、機械的完全性と低い熱抵抗が保証されます。
高効率のコールド プレート生産では 2 つの製造技術が主流です。これらは 、摩擦撹拌溶接 (FSW) と 真空ろう付けです。どちらの方法でも、強力な密封された結合が形成されます。しかし、それらはまったく異なる物理原理を使用しています。これにより、明らかな利点と制限が生じます。
この記事では、FSW と真空ろう付けを明確に比較します。 4 つの主要分野に焦点を当てます。これらは、熱性能、構造強度、製造コスト、材料の適用性です。このガイドは、エンジニアが適切なプロセスを選択するのに役立ちます。
Winshare Thermal は、FSW と真空ろう付け技術の両方に関する深い専門知識を持っています。カスタマイズされた処理オプションを提供します。これにより、あらゆる顧客の特定のニーズに最適な熱ソリューションが保証されます。私たちは 1 つの方法だけを選択するのではありません。仕事に最適な方法を見つけます。
FSW は比較的新しい技術です。ソリッドステート接合プロセスです。材料は溶融温度に達することはありません。この根本的な違いにより、FSW 独自の構造上の利点が得られます。
FSW プロセスでは、摩擦と機械力が使用されます。母材を溶かすことなく強固な接合を実現します。
ソリッドステート接合原理
FSW では非消耗ツールが使用されます。このツールにはピンとショルダーが付いています。ツールは高速で回転します。 2つのワークピース間の継ぎ目に差し込まれます。摩擦熱が発生します。この熱により、材料が柔らかくなり、可塑性が生じます。ピンはジョイントラインに沿って動きます。材料を両側から機械的に撹拌します。この撹拌動作により、2 つの可塑化された材料が混合されます。冷却すると高強度の 冶金的結合を形成します 。
技術的特徴 | 説明 | コールドプレートの利点 |
ソリッドステートプロセス | 接合は融点以下で発生します。 | ガスの気孔や収縮などの一般的な融着欠陥を排除します。 |
最小限の熱影響区域 (HAZ) | 熱入力は局所的であり、低い。 | 母材金属の材料特性はほとんど保存されます。反りや歪みが少ないです。 |
細粒構造 | 機械的撹拌により、溶接領域の結晶粒構造が微細化されます。 | 溶接強度は母材の強度の 90% を超えることがよくあります。 |
消耗品なし | 溶加材、フラックス、シールドガスは必要ありません。 | 材料コストを削減し、環境への配慮も向上しました。 |
この固体プロセスは非常に有利です。従来の融着の問題を回避します。これらの問題には、凝固時の亀裂やガスの多孔性が含まれます。
FSW の固有の特性により、FSW は信頼性の高いコンポーネントに最適です。
FSW によって作成された溶接シームは完全に緻密です。これは、漏れに対して非常に不浸透性であることを意味します。 FSW プロセスにより、100% 漏れのない結果が保証されます。結果として得られるコールド プレートは、非常に高い圧力に耐えることができます。場合によっては最大 300 bar まで対応できます。この耐高圧性は非常に重要です。これは、航空宇宙、軍事、および高流量産業用冷却システムで必要とされます。
FSW への熱入力は制御され、局所的に制御されます。これにより、熱歪みが最小限に抑えられます。エンジニアは高度な平坦度を容易に維持できます。これはコールドプレートの取り付け面に不可欠です。平坦性が良好なため、熱源との接触面での熱抵抗が低くなります。このプロセスは CNC 制御されています。これにより、大規模な生産バッチ全体にわたって高い寸法精度と一貫性が保証されます。
FSW はアルミニウム合金との相性が抜群です。これらには、1xxx、5xxx、および 6xxx シリーズの合金が含まれます。アルミニウムは軽量で低コストであるため、コールド プレートに広く使用されています。このプロセスでは、溶融法では溶接不可能と考えられている材料の接合も可能になります。
Winshare Thermal の実践: 当社では、大型のカスタム形状のコールド プレートに FSW を活用しています。これらはEVのバッテリーパックでは一般的です。高い構造強度により、コールド プレートは振動の多い自動車環境にも耐えることができます。 FSW はまた、アルミニウム部品の大きなチャネルをシールするのに高い効率を提供します。
真空ろう付けは確立された接合技術です。制御された真空環境で液体フィラー金属を使用します。この方法は、特に複雑な内部構造に対して、設計において比類のない柔軟性をもたらします。
真空ろう付けは、液状接合の一種です。加工中に母材が溶けることはありません。
コンポーネントはフィラーメタルを使用して組み立てられます。この溶加材は母材よりも融点が低くなります。アセンブリは 真空炉内に配置されます。炉の温度が上昇します。溶加材は溶解しますが、母材金属は溶解しません。溶融したフィラーはコンポーネント間の隙間に流れ込みます。これはによって起こります 毛細管現象。フィラーは基材表面を湿らせます。その後、卑金属とともに拡散します。これにより、強力で連続的な 冶金的結合が形成されます。真空環境により酸化を防ぎます。これはアルミニウムなどの材料にとって重要です。
技術的特徴 | 説明 | コールドプレートの利点 |
全面接着 | ろう材はすべての接触面に流れます。 | 最小限の界面熱抵抗。最大の熱伝達効率。 |
汚染のない | プロセスはフラックスを使用せずに高真空で行われます。 | 内部冷却チャネルは非常に清潔で耐腐食性を保ちます。 |
複雑なアセンブリ | 複数の接合部を 1 サイクルで同時にろう付けできます。 | 非常に複雑な、複数のコンポーネント、または多層のコールド プレート設計が可能になります。 |
材料の多様性 | 銅、アルミニウム、場合によっては異種金属の接合に適しています。 | 熱のニーズに基づいて材料を柔軟に選択できます。 |
真空ろう付けは、熱性能が最優先される場合によく選択されます。
真空ろう付けは、接触面全体にわたってシームレスな金属間の接合を実現します。これは重要な違いです。これにより、 ベースプレートと内部冷却機能の間のこの優れた接合が、最も高い熱流束の用途にろう付けコールドプレートがよく選ばれる理由です。最大限の熱が冷却液に効率的に伝達されることを保証します。 界面の熱抵抗が最小限に抑えられます。
ろう付けにより、設計の自由度が最も高まります。これにより、エンジニアは複雑な内部構造を作成できます。これらの構造には、一体化された 波形フィン またはマイクロチャネル構造が含まれます。これらのフィンにより、熱伝達表面積が大幅に増加します。コールドプレート内の対流熱伝達を最大化します。ろう材は、これらの繊細な内部構造の周りを流れて結合します。アセンブリ全体を同時にシールします。
真空ろう付けは、マイクロチャネル コールド プレートの製造に理想的なプロセスです。これは、高密度銅スカイブド フィン構造をベース プレートに接合するための最良の方法でもあります。これらの設計は、高出力の CPU および GPU モジュールを冷却するために必要です。これらのコンポーネントの熱設計電力 (TDP) 定格は非常に高くなります。
Winshare Thermal の実践: CPU/GPU の銅製コールド プレートに真空ろう付けを利用しています。また、複雑な内部形状を使用する IGBT 冷却ベースにも使用されます。このプロセスにより、熱限界ギリギリで動作するコンポーネントの高い信頼性が保証されます。
FSW と真空ろう付けのどちらを選択するかには、構造、コスト、熱のニーズのバランスが必要です。普遍的に優れた方法はありません。
大量生産産業ではコストと生産速度が決定要因となることがよくあります。
パラメーター | 摩擦攪拌溶接（FSW） | 真空ろう付け | 結論 |
設備費 | 比較的低い (FSW ヘッドアタッチメントを備えた CNC マシン) | 非常に高い (大きな真空炉、多くの場合 $>epsilon 1$ Million) | FSWは勝利。 初期投資コストで |
サイクルタイム | 速い (直線溶接速度 0.5 ～ 1.5 m/min) | 遅い (長い炉サイクル、通常、バッチごとに 6 ～ 10 時間) | FSWは勝利。 スピードとリードタイムで |
消耗品 | なし (非消耗工具) | 高（ろう材、冷却用ガス） | FSW が勝利。 運営コストで |
コストの結論: FSW は、小規模から中規模のバッチ サイズの場合、通常、ろう付けよりも 2 ～ 10 倍のコスト効率が高くなります。初期投資が低くなり、生産が速くなります。ただし、真空ろう付けは、 非常に大規模な標準化された生産作業でこれは、複数の部品を積み重ねて 1 つの炉サイクルで同時に処理できるためです。 スケールメリットを実現します。
原理的な違いにより、基本的なパフォーマンスのトレードオフが生じます。
要素 | 摩擦攪拌溶接（FSW） | 真空ろう付け | アプリケーションの焦点 |
界面熱抵抗 | 非常に良い (縫い目の金属結合) | 優れた （全面金属結合） | ピーク TDP コンポーネントの ろう付け。 |
構造的完全性 ($ ext{漏れ/圧力}$) | 最高 (100% 漏れなし、最大 300 bar) | 高 (信頼性はありますが、複雑な接合部では多孔性/ろう付け不良のリスクがあります) | 高振動、高圧システム用の FSW 。 |
溶接後の硬さ | 大幅な低下なし（低HAZ） | 大幅な低下（再熱処理が必要となりコストがかかる） | FSW は 材料の完全性を維持するのに適しています。 |
設計の柔軟性 | 下部 (ツールのアクセスと直線的な溶接パスによって制限されます) | 最高 (複雑なフィン、マイクロチャネル、複雑な内部バッフリングが可能) | カスタムの熱最適化のための ろう付け。 |
技術的な決定: 用途が高振動、高圧など構造的に要求が厳しい場合、FSW は最良の構造保証を提供します。アプリケーションに極度の熱流束があり、複雑な内部マイクロチャネルが必要な場合、熱効率が何よりも優先される場合、真空ろう付けがより良い選択となります。
FSW と真空ろう付けのどちらで製造を決定するかは、優れた技術に関するものではありません。それは、特定の製品の制約に対して最適なテクノロジーを選択することです。
構造強度、過酷な環境における高い信頼性、大型アルミニウム部品のコスト効率の高い生産が優先される場合、FSW は明らかな利点をもたらします。 EV バッテリー冷却プレートのゴールドスタンダードです。
真空ろう付けは、熱性能を最大化するために不可欠なプロセスです。マイクロチャネル設計、複雑な複数コンポーネントのアセンブリ、絶対的に低い界面熱抵抗が必要な状況に優れています。これは、ハイエンドの CPU および GPU コールド プレートに選ばれるプロセスです。
エンジニアは、次の 4 つの主要な基準に基づいて決定を下す必要があります。
1. 熱束密度: (ロウ付けまでの高密度)
2. 使用圧力/振動: (FSW への高応力)
3. 年間生産量：（ 高、ろう付けに標準化、中/カスタム、FSW）
4. 必要な材料： （FSW までのアルミニウム大型プレート、ろう付けまでの銅/ハイブリッド/複合フィン）
プロセスの決定を偶然に任せないでください。 Winshare Thermal の経験豊富なチームにご相談ください。当社では高度な設計、シミュレーション、DFM 機能を使用しています。最適なコールドプレート製造プロセスが選択されることを保証します。これにより、IGBT、ESS、または AI システムの最高のパフォーマンスと信頼性が保証されます。
