Virkning af fejlkontrol med reduktionshastighed på kornuensartethed og varmeafledningsdefekter i 6,35 μm aluminiumsfolie til VR/AR mikrokøleplader

1. Indledning: Anvendelsesegenskaber af aluminiumsfolie til mikrokøleplader i VR/AR-enheder og betydningen af ​​reduktionshastighedskontrol

Aluminiumsfolie til mikrokøleplader i VR/AR-enheder (først og fremmest 1235/8079 legeringer, 6.35μm tyk) fungerer som en kernevarmeafledningskomponent i VR/AR-headset, controllere, og lignende enheder. På grund af den begrænsede indre plads i sådanne enheder (F.eks., varmeafledningshulrumsvolumen ≤15cm³ i VR-headset), køleplader skal miniaturiseres (størrelse 3-15 mm) med ensartet varmeledningsevne for at undgå lokal overophedning - især da chipvarmeeffekten varierer fra 5-15W, kræver en lokal temperaturforskel ≤3℃.

Under rulleprocessen, reduktionssatsen (samlet reduktionsrate = [(indledende tykkelse – endelig tykkelse)/indledende tykkelse]×100 %; enkelt-pass reduktionshastighed = [(indledende tykkelse af passet – den endelige tykkelse af passet)/indledende tykkelse af passet]×100 %) er en nøgleparameter, der regulerer kornudviklingen. Ifølge 2024 VR/AR industridata, 42% af enhedens varmeafledningsfejl stammer fra “lokal overophedning af mikrokøleplader,” som kan spores til forkert reduktionshastighedskontrol af aluminiumsfolie til mikrokøleplader i VR/AR-enheder: ① Utilstrækkelig total reduktionshastighed forårsager ujævn kornstørrelse, fører til en 7W/(m·K) forskel i lokal varmeledningsevne af kølepladen; ② For store udsving i single-pass reduktionshastigheden skaber en “finkornet/grovkornet” gradient, danner varmeafledningsdøde zoner (temperaturforskel >5℃); ③ Ujævn tværgående reduktionshastighed resulterer i kantoverophedning, reducere levetiden for VR/AR-enhedschips med 20%.

At løse disse udfordringer, det er først nødvendigt at klarlægge forholdet mellem reduktionssatsen, kornstruktur, og termisk ledningsevne - lægger et teoretisk grundlag for præcis valsning af denne type aluminiumsfolie.

2. Teoretisk sammenhæng mellem reduktionsrate, Kornstruktur, og termisk ledningsevne for aluminiumsfolie i VR/AR mikrokøleplader

(1) Core Mechanism of Grain Regulation by Reduction Rate: Tilpasning til miniature varmeafledningskrav

Rulningen af aluminiumsfolie til mikrokøleplader i VR/AR enheder involverer “multi-pass koldvalsning” (8-12 passerer, reducerer tykkelsen fra 2 mm til 6,35 μm, med en samlet reduktionsrate ≈99,68 %). Reduktionshastigheden påvirker dynamisk omkrystallisation (DRX) ved “deformation lagret energi,” hvilket igen bestemmer kornets egnethed til varmeafledning:

1. Deformation lagret energi og omkrystallisation: Den kritiske lagrede energi for DRX af denne aluminiumsfolie (1235 legering) er 75J/m³. En enkelt-pass reduktionshastighed på 20%-25% genererer lagret energi på 80-110J/m³, danner ligeaksede korn på 5-7μm - ideel til at sikre ensartet varmeledningsevne i mikrokøleplader;

2. Kornorientering og termisk ledningsevne: En rimelig reduktionsrate (22%-24% pr. gennemløb) fremmer {111} tekstur at tage højde for >60% (termisk ledningsevne 12% højere end tilfældig tekstur). I modsætning hertil, unormale reduktionsrater (>30%) øge {100} tekstur i forhold til 18%, reducerer den termiske ledningsevne med 5 % - opfylder ikke kravene til varmeafledningspræcision for VR/AR-enheder.

(2) Kvantitativ model for kornstruktur og termisk ledningsevne: Håndtering af specificiteten af ​​mikrokøleplader

På grund af den lille størrelse og høje varmefluxtæthed (10-20B/cm²) af VR/AR mikro køleplader, et mere præcist korn-termisk ledningsevneforhold er påkrævet. Afledt af metal termisk ledningsteori, formlen er:

λ = λ₀ × [1 – k×(6/d)]

• λ₀: Termisk ledningsevne af enkelt-krystal aluminium (237W/(m·K) ved 25℃);

• k: Korngrænsespredningskoefficient (0.12 til denne type aluminiumsfolie);

• d: Kornstørrelse (μm; mikrokøleplader kræver d=5-7μm med en standardafvigelse ≤2μm).

Når d stiger fra 5μm til 15μm, λ stiger fra 225W/(m·K) til 232W/(m·K), en forskel på 7W/(m·K). Til mikro køleplader, denne forskel forårsager en lokal temperaturforskel, der overstiger 4 ℃ - langt ud over grænsen på ≤3 ℃ for VR/AR-enheder - hvilket resulterer i varmeafledningsdøde zoner.

3. Tre scenarier med ujævn kornstruktur forårsaget af forkert kontrol af reduktionshastigheden (Tilpasset VR/AR varmeafledningsbehov)

At kvantificere virkningen af ​​forkert reduktionshastighedskontrol på kornens ensartethed og varmeafledning, Tabel 1 opsummerer nøgleparametrene for hvert fejlscenarie, direkte at forbinde procesfejl med problemer med enhedens ydeevne:

Tabel 1: Kornstruktur og varmeafledningsparametre under scenarier for forkert reduktionshastighed

(1) Utilstrækkelig samlet reduktionsrate (<50% i kritiske pas): Utilstrækkelig omkrystallisation og lokal overophedning af køleplader

1. Processens egenskaber: For aluminiumsfolie til mikrokøleplader i VR/AR enheder, den samlede reduktionssats i 3 passerer før færdigrullning (tykkelse fra 50μm→25μm→12μm) skal være ≥50 %. Hvis reduceret til 40% (50μm→30μm), den lagrede energi falder til 65J/m³—under den kritiske værdi for DRX;

2. Indvirkning på kornstruktur og varmeafledning: Som vist i tabel 1, dette scenarie danner en bimodal kornfordeling. Den tilsvarende λ-forskel i mikrokølepladen når 8W/(m·K), hvilket fører til en lokal temperaturforskel på 10 ℃ i VR/AR headset-chips og forårsager rammefald - direkte påvirker brugeroplevelsen.

(2) For store udsving i reduktionsraten for enkeltpas (Afvigelse >8%): Korngradient og varmeafledningsdøde zoner

1. Processens egenskaber: Single-pass reduktionshastigheden i 2 passerer før sidste rulning (25μm→12μm→6,35μm) skal være stabil kl 45%-50%. Rulleslid kan forårsage udsving 38%-48% (10% afvigelse);

2. Indvirkning på kornstruktur og varmeafledning: Især, denne udsving skaber vekslende “kolde/varme strimler” langs rulleretningen. Som tabel 1 angiver, den termiske ledningsevneforskel når 8W/(m·K), og temperaturforskellen overstiger 10 ℃ - langt ud over VR/AR-enhedsgrænsen - og danner irreversible varmeafledningsdøde zoner.

(3) Ujævn tværgående reduktionshastighed (Kant-center afvigelse >5%): Kantoverophedning og reduceret enhedspålidelighed

1. Processens egenskaber: Unormal rullekrone (0.02mm→0,04 mm) forårsager en 6% tværgående reduktionshastighedsafvigelse (48% i centrum, 42% ved kanterne);

2. Indvirkning på kornstruktur og varmeafledning: Ud over ovenstående scenarier, tværgående ujævnheder påvirker primært enhedens holdbarhed. Tabel 1 viser, at kanttemperaturen er 7℃ højere end midten, fremskynde forsegling af gummiældning og øge fejlfrekvensen fra 1.5% til 4,8 % - en væsentlig omkostningsdriver for producenterne.

4. Verifikation af VR/AR-enheds varmeafledningsfejl forårsaget af ujævn kornstruktur

Bygger på scenarieanalysen, både laboratorietests og industrielle casestudier blev udført for at validere den praktiske virkning af kornujævnheder. Tabel 2 præsenterer detaljerede laboratorieverifikationsdata, mens sager fra den virkelige verden bekræfter resultaterne yderligere.

Tabel 2: Laboratorieverifikationsresultater af mikrokølepladeydelse

(1) Laboratorieverifikation (Matchende Micro Heat Sink-scenarier)

1. Prøveforberedelse: Vælge aluminiumsfolie til mikrokøleplader i VR/AR enheder med “fluktuerende single-pass reduktionsrater” (finkornet zone d=5μm, grovkornet zone d=14μm) og fremstille 10 mm×5 mm×6,35 μm mikrokøleplader;

2. Testning: Som tabel 2 viser, påføring af en varmestrøm på 15W/cm² (simulering af VR-chip varmegenerering) afslørede en temperaturforskel på 11℃ - langt over ≤3℃-kravet. Laser flash analyse (NETZSCH LFA 467) bekræftede den termiske ledningsevneforskel på 8W/(m·K);

3. Konklusion: Varmeafledningsdøde zoner forårsaget af ujævn kornstruktur skubber VR-enhedens chiptemperaturer over tærsklen (60℃), udløser frekvensreduktionsbeskyttelse.

(2) Industriel sag: Fejlanalyse af en VR-enhedsproducent

I 2023, en producent af VR-headset brugt aluminiumsfolie til mikrokøleplader i VR/AR enheder med “ujævne tværgående reduktionshastigheder,” fører til:

• Som afspejlet i tabel 2, kølepladens kanttemperatur nåede 58 ℃ (vs. 51℃ i midten), forårsager hyppig chipfrekvensreduktion (billedhastighed falder fra 90Hz til 75Hz);

• Kundeklageprocenten stiger fra 2.3% til 8.5%, med en enkelt eftersalgsomkostning, der overstiger 5 millioner yuan;

• Efter udskiftning af folien med optimerede reduktionshastigheder (som vist i tredje række af tabellen 2), varmeafledningstemperaturforskellen faldt til 2,5 ℃, og klageprocenten faldt tilbage til 1.2%.

5. Præcisionsreduktionshastighedskontrolstrategier for aluminiumsfolie i VR/AR-mikrokøleplader

Baseret på verifikationsresultaterne, Der blev udviklet målrettede kontrolstrategier for at imødegå hvert fejlscenarie. Kernen ligger i design af trinvis reduktionshastighed, stabil enkelt-pas kontrol, og ensartet tværgående fordeling - med nøgleparametre beskrevet i tabel 3.

Tabel 3: Iscenesat reduktionshastighedsdesign for 6,35 μm 1235 Aluminiumsfolie (Indledende tykkelse 2 mm)

(1) Iscenesat total reduktionsrate Design: Tilpasning til kornkrav til mikrovarmeafledning

Som tabel 3 illustrerer, færdigrullningsfasen (passerer 7-8) er kritisk – opretholdelse af en total reduktionshastighed på ≥50 % sikrer, at deformationslagret energi når 90-110J/m³. Dette udløser tilstrækkelig DRX, hvilket resulterer i kornstørrelser på 5-7μm med en standardafvigelse ≤2μm - perfekt matchende termisk ledningsevnebehov for VR/AR mikrokøleplader.

(2) Stabil Single-Pass-reduktionshastighedskontrol: Undertrykkelse af VR/AR-varmeafledningsdøde zoner

1. Rulleovervågning: Brug et laserprofilometer til sliddetektion i realtid (nøjagtighed 0,001 mm). Udskift automatisk rullerne, når sliddet overstiger 0,02 mm, at reducere udsving fra ±8 % til ±3 % - et vigtigt skridt for at undgå “finkornet/grovkornet” gradient i tabel 1;

2. Spændingskoordinering: Oprethold en stabil finishrullespænding på 15-18kN (udsving ≤±1kN). Kompenser for afvigelser ved at justere rullehastigheden (100-120m/min), begrænsning af single-pass udsving til ≤5 %;

3. Online feedback: Brug en røntgen-tykkelsesmåler (nøjagtighed 0,1μm) at indsamle data hver 10 ms. Juster trykket på reduktionscylinderen (nøjagtighed 0,01 MPa) når tykkelsesafvigelsen overstiger 0,3 μm - sikring af overensstemmelse med enkeltgennemløbshastighederne i tabel 3.

(3) Ensartet tværgående reduktionshastighed: Undgå kantoverophedning

1. CVC rullekrone: Juster kronen til 0,015-0,02 mm baseret på kølepladens bredde (3-15mm), begrænsning af tværgående trykafvigelse til ≤3 % – adressering af kant-center-problemet i tabel 1;

2. Kantvarme: Installer en kantvarmeanordning (50-60℃) ved valseværkets indløb for at reducere modstand mod kantdeformation, sænke kant-center afvigelse fra >5% til ≤3 %;

3. Kornovervågning: Integrer et online EBSD-system til at indsamle korndata fra 3 tværsnit pr. meter folie. Juster rullekronen, når kornstørrelsesforskellen overstiger 15 % - for at sikre den tværgående ensartethed afspejlet i den optimerede prøve af tabellen 2.

6. Konklusioner og Outlook

Forkert reduktionshastighedskontrol af aluminiumsfolie til mikrokøleplader i VR/AR enheder udløser en kædereaktion af “lagret energi→kornstruktur→termisk ledningsevne,” danner varmeafledningsdøde zoner (maksimal temperaturforskel 11℃) og kompromitterer enhedens stabilitet. Som vist i tabeller 1-3, implementering “reduktionshastighed for total færdigvalsning ≥50 %, enkelt-pas udsving ≤±5 %, tværgående afvigelse ≤3 %” opnår kornstørrelser på 5-7μm (standardafvigelse ≤2μm) og varmeledningsevneforskelle ≤3W/(m·K)—opfylder ≤3℃ varmeafledningskravet for VR/AR-enheder.

Fremtidige udviklingsretninger fokuserer på to områder: ① Udvikle en “AI-reduktionshastighedsforudsigelsessystem” for at imødegå tendensen med højere VR/AR-enhedseffekttætheder (chipeffekt når 20W med 2025), muliggør proaktiv afvigelseskorrektion; ② Integrer pulsstrøm-assisteret rulning for yderligere at reducere kornstørrelsesforskelle, at føre denne type aluminiumsfolie frem mod “nul varmeafledning døde zoner.”

Kerneprincip: Reduktionshastighedskontrol til aluminiumsfolie til mikrokøleplader i VR/AR enheder skal prioritere “kornens ensartethed tilpasset miniature varmeafledning.” Kun når parametrene er præcist tilpasset til enhedens varmeafledningsbehov - som afspejlet i dataene fra tabel 1-3 - kan langsigtet pålidelig drift af VR/AR-udstyr garanteres.