Neteisingo sumažinimo greičio valdymo poveikis grūdų netolygumui ir šilumos išsklaidymo defektams 6,35 μm aliuminio folijoje, skirta VR/AR mikro aušintuvams

1. Įvadas: Aliuminio folijos, skirtos mikro aušintuvams VR/AR įrenginiuose, naudojimo charakteristikos ir sumažinimo greičio valdymo reikšmė

Aliuminio folija mikro aušintuvams VR/AR įrenginiuose (pirmiausia 1235/8079 lydiniai, 6.35μm storio) tarnauja kaip pagrindinis šilumos išsklaidymo komponentas VR/AR ausinėse, valdikliai, ir panašius įrenginius. Dėl ribotos tokių įrenginių vidinės erdvės (pvz., šilumos išsklaidymo ertmės tūris ≤15cm³ VR ausinėse), šilumos kriauklės turi būti miniatiūrinės (dydis 3-15mm) vienodas šilumos laidumas, kad būtų išvengta vietinio perkaitimo, ypač dėl to, kad lusto šiluminė galia svyruoja nuo 5 iki 15 W, reikalingas vietinis temperatūros skirtumas ≤3 ℃.

Valcavimo proceso metu, sumažinimo norma (bendra sumažinimo norma = [(pradinis storis – galutinis storis)/pradinis storis]× 100 %; vieno praėjimo sumažinimo koeficientas = [(pradinis praėjimo storis – galutinis praėjimo storis)/pradinis praėjimo storis]× 100 %) yra pagrindinis grūdų evoliuciją reguliuojantis parametras. Pagal 2024 VR/AR pramonės duomenys, 42% prietaiso šilumos išsklaidymo sutrikimų kyla dėl “vietinis mikro radiatorių perkaitimas,” kuriuos galima atsekti dėl netinkamo mažinimo greičio valdymo aliuminio folija mikro aušintuvams VR/AR įrenginiuose: ① Nepakankamas bendras sumažinimo greitis sukelia netolygų grūdelių dydį, vedantis į 7W/(m·K) šilumos kriauklės vietinio šilumos laidumo skirtumas; ② Per didelis vieno praėjimo sumažinimo greičio svyravimas sukuria a “smulkiagrūdis/stambiagrūdis” gradientas, formuojasi šilumos išsklaidymo negyvosios zonos (temperatūrų skirtumas >5℃); ③ Dėl netolygaus skersinio sumažinimo greičio kraštas perkaista, sumažinti VR/AR įrenginių lustų tarnavimo laiką 20%.

Norėdami išspręsti šiuos iššūkius, pirmiausia reikia išsiaiškinti santykį tarp mažinimo normos, grūdų struktūra, ir šilumos laidumas – teorinis pagrindas tiksliam šio tipo aliuminio folijos valcavimui.

2. Teorinis mažinimo koeficiento ryšys, Grūdų struktūra, ir VR/AR mikro radiatorių aliuminio folijos šilumos laidumas

(1) Pagrindinis grūdų reguliavimo mažinimo norma mechanizmas: Prisitaikymas prie miniatiūrinių šilumos išsklaidymo reikalavimų

Riedėjimas iš aliuminio folija mikro aušintuvams VR/AR įrenginiuose apima “kelių eigų šaltas valcavimas” (8-12 praeina, sumažinti storį nuo 2 mm iki 6,35 μm, su bendra sumažinimo norma ≈99,68 %). Redukcijos greitis turi įtakos dinaminei rekristalizacijai (DRX) per “deformacijos sukaupta energija,” o tai savo ruožtu lemia grūdų tinkamumą šilumai išsklaidyti:

1. Deformacijos sukaupta energija ir rekristalizacija: Šios aliuminio folijos kritinė sukaupta energija DRX (1235 lydinio) yra 75J/m³. Vieno praėjimo sumažinimo rodiklis 20%-25% generuoja sukauptą 80-110J/m³ energiją, formuoja lygiagrečius 5-7 μm grūdelius – idealiai tinka užtikrinti vienodą šilumos laidumą mikro aušintuvuose;

2. Grūdelių orientacija ir šilumos laidumas: Pagrįsta sumažinimo norma (22%-24% už leidimą) skatina {111} tekstūra, į kurią reikia atsižvelgti >60% (šilumos laidumas 12% didesnė nei atsitiktinė tekstūra). Priešingai, nenormalūs mažinimo rodikliai (>30%) padidinti {100} tekstūros proporcija 18%, šilumos laidumo sumažinimas 5 % – nesilaikoma VR/AR įrenginių šilumos išsklaidymo tikslumo reikalavimų.

(2) Grūdų struktūros ir šilumos laidumo kiekybinis modelis: Mikro aušintuvų specifikos sprendimas

Dėl mažo dydžio ir didelio šilumos srauto tankio (10-20W/cm²) VR/AR mikro radiatorių, reikalingas tikslesnis grūdelių ir šilumos laidumo santykis. Išvestas iš metalo šilumos laidumo teorijos, formulė yra:

λ = λ₀ × [1 – k×(6/d)]

• λ₀: Vieno kristalo aliuminio šilumos laidumas (237W/(m·K) 25 ℃ temperatūroje);

• k: Grūdų ribos sklaidos koeficientas (0.12 šio tipo aliuminio folijai);

• d: Grūdų dydis (μm; mikro aušintuvams reikia d=5-7μm, o standartinis nuokrypis ≤2μm).

Kai d padidėja nuo 5 μm iki 15 μm, λ pakyla nuo 225W/(m·K) iki 232W/(m·K), skirtumas 7W/(m·K). Mikro aušintuvams, šis skirtumas sukelia vietinį temperatūros skirtumą, viršijantį 4 ℃ – daug daugiau nei ≤3 ℃ ribą VR/AR įrenginiams – dėl to susidaro negyvos šilumos išsklaidymo zonos.

3. Trys netolygios grūdų struktūros, atsiradusios dėl netinkamos mažinimo normos kontrolės, scenarijai (Pritaikytas VR/AR šilumos išsklaidymo poreikiams)

Kiekybiškai įvertinti netinkamo mažinimo greičio reguliavimo poveikį grūdų tolygumui ir šilumos išsklaidyti, Lentelė 1 apibendrina kiekvieno gedimo scenarijaus pagrindinius parametrus, tiesiogiai susiejant proceso defektus su įrenginio veikimo problemomis:

Lentelė 1: Grūdų struktūros ir šilumos išsklaidymo parametrai pagal netinkamo mažinimo greičio scenarijus

(1) Nepakankamas bendras mažinimo rodiklis (<50% kritiniuose praėjimuose): Nepakankama šilumos šalintuvų perkristalizacija ir vietinis perkaitimas

1. Proceso charakteristikos: Už aliuminio folija mikro aušintuvams VR/AR įrenginiuose, bendra sumažinimo norma 3 praeina prieš baigiant riedėti (storis nuo 50μm→25μm→12μm) turi būti ≥50 %. Jei sumažinama iki 40% (50μm → 30 μm), sukaupta energija sumažėja iki 65 J/m³ – žemiau kritinės DRX vertės;

2. Poveikis grūdų struktūrai ir šilumos išsklaidymui: Kaip parodyta lentelėje 1, šis scenarijus sudaro bimodalinį grūdų pasiskirstymą. Atitinkamas λ skirtumas mikro radiatoriuje siekia 8W/(m·K), Dėl to VR / AR ausinių lustuose susidaro 10 ℃ vietinis temperatūros skirtumas ir kadras nukrenta, o tai tiesiogiai veikia vartotojo patirtį.

(2) Per didelis vieno praėjimo sumažinimo greičio svyravimas (Nukrypimas >8%): Grūdų gradiento ir šilumos išsklaidymo negyvos zonos

1. Proceso charakteristikos: Vieno praėjimo sumažinimo rodiklis 2 praeina prieš galutinį riedėjimą (25μm→12μm→6,35μm) turi būti stabilus 45%-50%. Volelio susidėvėjimas gali sukelti svyravimus 38%-48% (10% nukrypimas);

2. Poveikis grūdų struktūrai ir šilumos išsklaidymui: Pažymėtina, šis svyravimas sukuria kaitaliojimąsi “šaltos / karštos juostelės” išilgai riedėjimo krypties. Kaip lentelė 1 nurodo, šilumos laidumo skirtumas siekia 8W/(m·K), o temperatūrų skirtumas viršija 10 ℃ – gerokai viršija VR/AR įrenginio ribą – susidaro negrįžtamos šilumos išsklaidymo negyvosios zonos.

(3) Netolygus skersinis mažinimo greitis (Krašto ir centro nuokrypis >5%): Kraštų perkaitimas ir mažesnis įrenginio patikimumas

1. Proceso charakteristikos: Nenormalus ritininis vainikas (0.02mm → 0,04 mm) sukelia a 6% skersinio redukcijos greičio nuokrypis (48% centre, 42% kraštuose);

2. Poveikis grūdų struktūrai ir šilumos išsklaidymui: Be pirmiau minėtų scenarijų, skersiniai nelygumai pirmiausia turi įtakos įrenginio patvarumui. Lentelė 1 rodo, kad krašto temperatūra yra 7 ℃ aukštesnė nei centro, pagreitina sandarinimo gumos senėjimą ir padidina gedimų dažnį nuo 1.5% iki 4,8 % – pagrindinis gamintojų išlaidų veiksnys.

4. VR/AR įrenginio šilumos išsklaidymo gedimų, atsiradusių dėl netolygios grūdų struktūros, patikrinimas

Remiantis scenarijaus analize, buvo atlikti tiek laboratoriniai tyrimai, tiek pramoniniai atvejų tyrimai, siekiant patvirtinti praktinį grūdų nelygumo poveikį. Lentelė 2 pateikiami išsamūs laboratorinės patikros duomenys, o realūs atvejai dar labiau patvirtina išvadas.

Lentelė 2: Mikro radiatorių veikimo laboratorinio patikrinimo rezultatai

(1) Laboratorinis patikrinimas (Atitinkami mikro radiatorių scenarijai)

1. Mėginio paruošimas: Pasirinkite aliuminio folija mikro aušintuvams VR/AR įrenginiuose su “svyruojantys vieno praėjimo sumažinimo rodikliai” (smulkiagrūdė zona d=5μm, stambiagrūdė zona d=14μm) ir pagaminti 10 mm × 5 mm × 6,35 μm mikro radiatorius;

2. Testavimas: Kaip lentelė 2 rodo, naudojant 15 W/cm² šilumos srautą (imituojant VR lusto šilumos generavimą) atskleidė 11 ℃ temperatūros skirtumą – gerokai viršijantį ≤3 ℃ reikalavimą. Lazerio blykstės analizė (NETZSCH LFA 467) patvirtino šilumos laidumo skirtumą 8W/(m·K);

3. Išvada: Šilumos išsklaidymo negyvosios zonos, atsirandančios dėl netolygios grūdelių struktūros, padidina VR įrenginio lusto temperatūrą virš slenksčio (60℃), suveikia dažnio mažinimo apsauga.

(2) Pramoninis dėklas: VR įrenginio gamintojo gedimų analizė

Į 2023, naudojo VR ausinių gamintojas aliuminio folija mikro aušintuvams VR/AR įrenginiuose su “netolygus skersinis sumažinimo greitis,” vedantis į:

• Kaip parodyta lentelėje 2, radiatoriaus krašto temperatūra pasiekė 58 ℃ (prieš. 51℃ centre), sukeliantis dažną lusto dažnio mažinimą (kadrų dažnis sumažėja nuo 90 Hz iki 75 Hz);

• Klientų skundų skaičius didėja nuo 2.3% į 8.5%, viršijant vieną kainą po pardavimo 5 milijonas juanių;

• Pakeitus foliją optimizuotais redukciniais rodikliais (kaip parodyta trečioje lentelės eilutėje 2), šilumos išsklaidymo temperatūros skirtumas sumažėjo iki 2,5 ℃, ir skundų skaičius sumažėjo iki 1.2%.

5. Aliuminio folijos VR/AR mikro aušintuvuose tikslios mažinimo greičio valdymo strategijos

Remiantis patikrinimo rezultatais, Kiekvienam gedimo scenarijui buvo sukurtos tikslinės kontrolės strategijos. Esmė slypi pakopiniame mažinimo greičio projekte, stabilus vieno praėjimo valdymas, ir vienodą skersinį pasiskirstymą – su pagrindiniais parametrais, išsamiai aprašytais lentelėje 3.

Lentelė 3: Pakopinio mažinimo greičio projektavimas 6,35 μm 1235 Aliuminio folija (Pradinis storis 2 mm)

(1) Pakopinis viso sumažinimo greičio projektavimas: Prisitaikymas prie grūdų reikalavimų mikro šilumos išsklaidymui

Kaip lentelė 3 iliustruoja, baigiamasis valcavimo etapas (praeina 7-8) yra labai svarbus – išlaikant bendrą ≥50 % sumažinimo laipsnį užtikrinama, kad deformacijos sukaupta energija pasieks 90–110 J/m³. Tai suaktyvina pakankamai DRX, todėl grūdelių dydis yra 5–7 μm, o standartinis nuokrypis ≤ 2 μm – puikiai atitinka VR/AR mikro radiatorių šilumos laidumo poreikius.

(2) Stabilus vieno praėjimo mažinimo greičio valdymas: VR/AR šilumos išsklaidymo negyvų zonų slopinimas

1. Volelio stebėjimas: Naudokite lazerinį profilometrą susidėvėjimo aptikimui realiuoju laiku (tikslumas 0,001 mm). Automatiškai pakeiskite volelius, kai susidėvėjimas viršija 0,02 mm, sumažinti svyravimus nuo ±8 % iki ±3 % – pagrindinis žingsnis siekiant išvengti “smulkiagrūdis/stambiagrūdis” gradientas lentelėje 1;

2. Įtampos koordinavimas: Išlaikykite stabilų 15–18 kN riedėjimo įtempimą (svyravimas ≤±1kN). Kompensuokite nukrypimus reguliuodami riedėjimo greitį (100-120m/mano), apriboti vieno praėjimo svyravimus iki ≤5 %;

3. Atsiliepimai internetu: Naudokite rentgeno storio matuoklį (tikslumas 0,1μm) rinkti duomenis kas 10 ms. Sureguliuokite redukcijos cilindro slėgį (tikslumas 0,01 MPa) kai storio nuokrypis viršija 0,3 μm – užtikrinant nuoseklumą su vieno praėjimo greičiu, pateiktu lentelėje 3.

(3) Vienodas skersinis mažinimo greitis: Krašto perkaitimo išvengimas

1. CVC ritininis vainikas: Sureguliuokite karūnėlę iki 0,015–0,02 mm, atsižvelgiant į aušintuvo plotį (3-15mm), skersinio slėgio nuokrypio ribojimas iki ≤3 % – sprendžiant krašto centro problemą lentelėje 1;

2. Krašto šildymas: Sumontuokite krašto šildymo įrenginį (50-60℃) ties valcavimo staklyno įvadu, kad būtų sumažintas atsparumas krašto deformacijai, žeminant krašto-centro nuokrypį nuo >5% iki ≤3 %;

3. Grūdų stebėjimas: Integruokite internetinę EBSD sistemą, iš kurios rinksite duomenis apie grūdus 3 skersiniai pjūviai vienam folijos metrui. Sureguliuokite ritinėlio vainikėlį, kai grūdelių dydžio skirtumas viršija 15 % – taip užtikrinsite skersinį vienodumą, atsispindintį optimizuotame lentelės pavyzdyje 2.

6. Išvados ir perspektyva

Neteisinga sumažinimo greičio kontrolė aliuminio folija mikro aušintuvams VR/AR įrenginiuose sukelia grandininę reakciją “sukaupta energija→grūdelių struktūra→šilumos laidumas,” formuojasi šilumos išsklaidymo negyvosios zonos (maksimalus temperatūros skirtumas 11 ℃) ir kenkia įrenginio stabilumui. Kaip rodo lentelės 1-3, įgyvendinant “bendras apdailos valcavimo sumažinimo greitis ≥50%, vienkartinis svyravimas ≤±5 %, skersinis nuokrypis ≤3 %” pasiekia 5-7μm grūdelių dydį (standartinis nuokrypis ≤2μm) ir šilumos laidumo skirtumai ≤3W/(m·K)— atitinkantis ≤3 ℃ šilumos išsklaidymo reikalavimą VR/AR įrenginiams.

Ateities plėtros kryptys orientuotos į dvi sritis: ① Sukurkite “AI mažinimo greičio prognozavimo sistema” siekiant išspręsti didesnio VR/AR įrenginių galios tankio tendenciją (lusto galia siekia 20 W by 2025), leidžianti aktyviai koreguoti nukrypimus; ② Integruokite valcavimą su impulsine srove, kad dar labiau sumažintumėte grūdelių dydžio skirtumus, judant šio tipo aliuminio foliją link “nulinės šilumos išsklaidymo negyvosios zonos.”

Pagrindinis principas: Sumažinimo greičio kontrolė aliuminio folija mikro aušintuvams VR/AR įrenginiuose turi teikti pirmenybę “grūdų vienodumas, pritaikytas miniatiūriniam šilumos išsklaidymui.” Tik tada, kai parametrai yra tiksliai suderinti su įrenginio šilumos išsklaidymo poreikiais – kaip matyti iš 1–3 lentelių duomenų – galima garantuoti ilgalaikį patikimą VR/AR įrangos veikimą..