Въздействие на неправилния контрол на степента на намаляване върху нееднородността на зърното и дефектите на разсейване на топлината в 6,35 μm алуминиево фолио за VR/AR микро радиатори

1. Въведение: Характеристики на приложение на алуминиево фолио за микро радиатори в VR/AR устройства и значението на контрола на скоростта на намаляване

Алуминиево фолио за микро радиатори в VR/AR устройства (предимно 1235/8079 сплави, 6.35μm дебелина) служи като основен компонент за разсейване на топлината в слушалките за VR/AR, контролери, и подобни устройства. Поради ограниченото вътрешно пространство на такива устройства (e.g., обем на кухината за разсейване на топлината ≤15cm³ в VR слушалки), радиаторите трябва да бъдат миниатюризирани (размер 3-15мм) с еднаква топлопроводимост, за да се избегне локално прегряване - особено след като топлинната мощност на чипа варира от 5-15 W, изискващи локална температурна разлика ≤3℃.

По време на процеса на валцуване, процентът на намаление (общ процент на намаление = [(начална дебелина – крайна дебелина)/начална дебелина]×100%; степен на намаляване при едно преминаване = [(начална дебелина на прохода – крайна дебелина на прохода)/начална дебелина на прохода]×100%) е ключов параметър, регулиращ еволюцията на зърното. Според 2024 VR/AR индустриални данни, 42% на повредите в разсейването на топлината на устройството произтичат от “локално прегряване на микро радиатори,” което може да се проследи до неправилен контрол на степента на намаляване на алуминиево фолио за микро радиатори в VR/AR устройства: ① Недостатъчната обща степен на намаляване причинява неравномерен размер на зърното, водещ до 7W/(m·K) разлика в локалната топлопроводимост на радиатора; ② Прекомерната флуктуация в скоростта на намаляване при едно преминаване създава a “дребнозърнест/едрозърнест” градиент, образуване на мъртви зони на разсейване на топлината (температурна разлика >5℃); ③ Неравномерната скорост на напречно намаляване води до прегряване на ръба, намаляване на експлоатационния живот на чиповете на VR/AR устройства с 20%.

За справяне с тези предизвикателства, първо е необходимо да се изясни връзката между процент на намаление, зърнеста структура, и топлопроводимост - поставяне на теоретична основа за прецизно валцуване на този тип алуминиево фолио.

2. Теоретична връзка между степента на намаление, Зърнеста структура, и топлопроводимост за алуминиево фолио в VR/AR микро радиатори

(1) Основен механизъм за регулиране на зърното чрез процент на намаление: Адаптиране към миниатюрни изисквания за разсейване на топлината

Търкалянето на алуминиево фолио за микро радиатори в VR/AR устройства включва “многоходово студено валцуване” (8-12 преминава, намаляване на дебелината от 2mm до 6.35μm, с общ процент на намаление ≈99,68%). Скоростта на редукция влияе върху динамичната рекристализация (DRX) чрез “деформация съхранена енергия,” което от своя страна определя годността на зърното за разсейване на топлината:

1. Съхранена енергия от деформация и рекристализация: Критичната съхранена енергия за DRX на това алуминиево фолио (1235 сплав) е 75J/m³. Скорост на намаляване с едно преминаване от 20%-25% генерира съхранена енергия от 80-110J/m³, образуване на равноосни зърна от 5-7 μm—идеални за осигуряване на еднаква топлопроводимост в микро радиатори;

2. Ориентация на зърното и топлопроводимост: Разумна норма на намаление (22%-24% на пропуск) насърчава {111} текстура за отчитане >60% (топлопроводимост 12% по-висока от случайна текстура). В контраст, необичайни нива на намаление (>30%) увеличаване на {100} текстура пропорция на 18%, намаляване на топлопроводимостта с 5%—неизпълнение на изискванията за точност на разсейване на топлината на VR/AR устройства.

(2) Количествен модел на зърнеста структура и топлопроводимост: Обръщане към спецификата на микро радиаторите

Поради малкия размер и високата плътност на топлинния поток (10-20W/cm²) на VR/AR микро радиатори, изисква се по-прецизна връзка зърно-топлопроводимост. Произлиза от теорията за топлопроводимостта на метала, формулата е:

λ = λ₀ × [1 – k×(6/d)]

• λ₀: Топлопроводимост на монокристален алуминий (237W/(m·K) при 25℃);

• к: Коефициент на разсейване по границата на зърното (0.12 за този тип алуминиево фолио);

• d: Размер на зърното (μm; микро радиаторите изискват d=5-7μm със стандартно отклонение ≤2μm).

Когато d се увеличи от 5 μm до 15 μm, λ нараства от 225W/(m·K) до 232W/(m·K), разлика от 7W/(m·K). За микро радиатори, тази разлика причинява локална температурна разлика, надвишаваща 4 ℃ - далеч над границата от ≤3 ℃ за VR/AR устройства - което води до мъртви зони на разсейване на топлината.

3. Три сценария на неравномерна зърнена структура, причинена от неправилен контрол на скоростта на редукция (Адаптиран към нуждите на VR/AR за разсейване на топлината)

Да се ​​определи количествено въздействието на неправилния контрол на степента на редукция върху еднородността на зърното и разсейването на топлината, Таблица 1 обобщава ключовите параметри на всеки сценарий на повреда, директно свързване на дефекти в процеса с проблеми с производителността на устройството:

Таблица 1: Зърнеста структура и параметри на разсейване на топлината при сценарии с неправилна скорост на намаляване

(1) Недостатъчен общ процент на намаление (<50% в критични пасове): Неадекватна рекристализация и локално прегряване на радиаторите

1. Характеристики на процеса: За алуминиево фолио за микро радиатори в VR/AR устройства, общият процент на намаление в 3 минава преди да завърши валцуването (дебелина от 50μm→25μm→12μm) трябва да бъде ≥50%. Ако се намали до 40% (50μm→30 μm), съхранената енергия пада до 65J/m³—под критичната стойност за DRX;

2. Въздействие върху зърнената структура и разсейването на топлината: Както е показано в табл 1, този сценарий формира бимодално разпределение на зърното. Съответната λ разлика в микрорадиатора достига 8W/(m·K), което води до 10℃ локална температурна разлика в чиповете на слушалките за VR/AR и причинява падане на рамката - пряко засягащо потребителското изживяване.

(2) Прекомерни колебания в скоростта на намаляване при едно преминаване (отклонение >8%): Градиент на зърното и мъртви зони на разсейване на топлината

1. Характеристики на процеса: Степента на намаляване при едно преминаване в 2 минава преди окончателното валцуване (25μm→12μm→6.35μm) трябва да е стабилен при 45%-50%. Износването на ролката може да причини колебания на 38%-48% (10% отклонение);

2. Въздействие върху зърнената структура и разсейването на топлината: По-специално, тази флуктуация създава редуване “студени/горещи ленти” по посока на търкаляне. Като таблица 1 показва, разликата в топлопроводимостта достига 8W/(m·K), и температурната разлика надвишава 10 ℃ - далеч над ограничението на устройството VR/AR - образувайки необратими мъртви зони на разсейване на топлината.

(3) Неравномерна скорост на напречна редукция (Отклонение край-център >5%): Прегряване на ръба и намалена надеждност на устройството

1. Характеристики на процеса: Ненормална ролкова корона (0.02mm→0,04 mm) причинява а 6% отклонение на скоростта на напречно намаляване (48% в центъра, 42% по краищата);

2. Въздействие върху зърнената структура и разсейването на топлината: Отвъд горните сценарии, напречните неравности засягат преди всичко дълготрайността на устройството. Таблица 1 показва, че температурата на ръба е със 7 ℃ по-висока от централната, ускоряване на стареенето на уплътнителната гума и увеличаване на процента на отказ от 1.5% до 4,8% — основен двигател на разходите за производителите.

4. Проверка на неизправности в разсейването на топлината на VR/AR устройства, причинени от неравномерна зърнеста структура

Надграждане на анализа на сценария, бяха проведени както лабораторни тестове, така и индустриални казуси, за да се потвърди практическото въздействие на неравномерността на зърната. Таблица 2 представя подробни данни от лабораторна проверка, докато случаите от реалния свят допълнително потвърждават констатациите.

Таблица 2: Резултати от лабораторна проверка на ефективността на микро радиатора

(1) Лабораторна проверка (Съответстващи сценарии на микро радиатор)

1. Подготовка на пробата: Изберете алуминиево фолио за микро радиатори в VR/AR устройства с “променливи нива на намаляване при едно преминаване” (дребнозърнеста зона d=5μm, едрозърнеста зона d=14μm) и изработете 10 mm × 5 mm × 6,35 μm микро радиатори;

2. Тестване: Като таблица 2 показва, прилагане на топлинен поток от 15 W/cm² (симулиране на генериране на топлина от VR чип) разкри температурна разлика от 11 ℃ - далеч надвишаваща изискването за ≤3 ℃. Лазерен светкавичен анализ (NETZSCH LFA 467) потвърди разликата в топлопроводимостта от 8W/(m·K);

3. Заключение: Мъртвите зони на разсейване на топлината, причинени от неравномерна зърнеста структура, изтласкват температурите на чипа на VR устройството над прага (60℃), задействаща защита за намаляване на честотата.

(2) Индустриален случай: Анализ на повреда на производител на VR устройство

В 2023, използван производител на VR слушалки алуминиево фолио за микро радиатори в VR/AR устройства с “неравномерни напречни скорости на намаляване,” което води до:

• Както е отразено в табл 2, температурата на ръба на радиатора достигна 58 ℃ (срещу. 51℃ в центъра), което води до често намаляване на честотата на чипа (кадрова честота пада от 90Hz на 75Hz);

• Процентът на оплакванията на клиентите нараства от 2.3% към 8.5%, с превишаване на единични следпродажбени разходи 5 Милион юана;

• След смяна на фолиото с оптимизирани нива на намаляване (както е показано в третия ред на таблицата 2), температурната разлика на разсейване на топлината спадна до 2,5 ℃, и процентът на оплакванията падна обратно до 1.2%.

5. Стратегии за прецизен контрол на степента на намаляване на алуминиевото фолио в VR/AR микро радиатори

Въз основа на резултатите от проверката, бяха разработени целенасочени стратегии за контрол за справяне с всеки сценарий на повреда. Ядрото се крие в проектирането на степента на поетапно намаляване, стабилно еднопроходно управление, и равномерно напречно разпределение—с ключови параметри, описани подробно в табл 3.

Таблица 3: Дизайн на степента на поетапно намаляване за 6,35 μm 1235 Алуминиево фолио (Първоначална дебелина 2 мм)

(1) Проектиране на степента на поетапно общо намаление: Адаптиране към изискванията за зърно за микро разсейване на топлина

Като таблица 3 илюстрира, финалния етап на валцуване (преминава 7-8) е критично—поддържането на общ процент на намаляване ≥50% гарантира, че съхранената енергия при деформация достига 90-110J/m³. Това задейства достатъчно DRX, което води до размери на зърната от 5-7 μm със стандартно отклонение ≤2 μm - перфектно отговарящо на нуждите от топлопроводимост на VR/AR микро радиаторите.

(2) Стабилен контрол на скоростта на намаляване с едно преминаване: Потискане на мъртвите зони на разсейване на топлината при VR/AR

1. Ролков мониторинг: Използвайте лазерен профилометър за откриване на износване в реално време (точност 0.001мм). Автоматично подменяйте ролките, когато износването надвиши 0,02 мм, намаляване на колебанията от ±8% до ±3% - ключова стъпка за избягване на “дребнозърнест/едрозърнест” градиент в табл 1;

2. Координация на напрежението: Поддържайте стабилно напрежение при крайно валцоване при 15-18kN (колебание ≤±1kN). Компенсирайте отклоненията чрез регулиране на скоростта на валцоване (100-120м/мой), ограничаване на колебанията при едно преминаване до ≤5%;

3. Онлайн обратна връзка: Използвайте рентгенов уред за измерване на дебелината (точност 0.1μm) за събиране на данни на всеки 10 ms. Регулирайте налягането на редукторния цилиндър (точност 0.01MPa) когато отклонението на дебелината надвишава 0,3 μm—осигуряване на съответствие със скоростта на едно преминаване в таблицата 3.

(3) Равномерна скорост на напречна редукция: Избягване на прегряване на ръба

1. CVC ролкова корона: Настройте короната на 0,015-0,02 mm въз основа на ширината на радиатора (3-15мм), ограничаване на напречното отклонение на налягането до ≤3%—решение на проблема с центъра на ръба в таблицата 1;

2. Отопление на ръба: Инсталирайте ръбово нагревателно устройство (50-60℃) на входа на валцованата мелница, за да се намали устойчивостта на деформация на ръба, понижаване на отклонение ръб-център от >5% до ≤3%;

3. Мониторинг на зърното: Интегрирайте онлайн система EBSD за събиране на данни за зърно 3 напречни сечения на метър фолио. Регулирайте короната на ролката, когато разликата в размера на зърното надвишава 15% - осигурявайки напречна равномерност, отразена в оптимизираната проба от таблицата 2.

6. Заключения и перспективи

Неправилен контрол на степента на намаляване на алуминиево фолио за микро радиатори в VR/AR устройства предизвиква верижна реакция на “съхранена енергия→зърнеста структура→топлопроводимост,” образуване на мъртви зони на разсейване на топлината (максимална температурна разлика 11℃) и компрометиране на стабилността на устройството. Както е показано от табл 1-3, прилагане “общ процент на намаляване на крайното валцуване ≥50%, флуктуация при едно преминаване ≤±5%, напречно отклонение ≤3%” постига размери на зърната от 5-7μm (стандартно отклонение ≤2μm) и разлики в топлопроводимостта ≤3W/(m·K)—отговаряне на изискването за разсейване на топлина ≤3℃ за VR/AR устройства.

Бъдещите насоки за развитие се фокусират върху две области: ① Разработете “Система за прогнозиране на степента на намаляване на AI” за справяне с тенденцията за по-висока плътност на мощността на VR/AR устройства (мощността на чипа достига 20W от 2025), позволяваща проактивна корекция на отклонението; ② Интегрирайте валцоване с помощта на импулсен ток за допълнително намаляване на разликите в размера на зърната, напредване на този тип алуминиево фолио към “мъртви зони с нулево разсейване на топлината.”

Основен принцип: Контрол на скоростта на намаляване на алуминиево фолио за микро радиатори в VR/AR устройства трябва да даде приоритет “еднородност на зърната, адаптирана към миниатюрно разсейване на топлината.” Само когато параметрите са точно съобразени с нуждите от разсейване на топлината на устройството - както е отразено в данните от таблици 1-3 - може да се гарантира дългосрочна надеждна работа на VR/AR оборудване.