Plaques froides liquides: types, applications et guide de l'usinage CNC

À mesure que les composants électroniques deviennent plus petits et plus puissants, la gestion de la chaleur qu'ils génèrent est devenue un défi d'ingénierie critique.Le refroidissement par air traditionnel échoue souvent lorsqu'il s'agit de haute densité de puissanceLe cœur de ces systèmes est la plaque froide liquide. Ce guide explore les différents types de plaques froides.leurs diverses applications industrielles, et pourquoi l'usinage CNC reste la principale méthode de fabrication pour des solutions thermiques de haute performance.

Comprendre les plaques froides liquides

Une plaque froide liquide est un échangeur de chaleur responsable du transfert de chaleur d'une surface à haute température, telle qu'un processeur, un IGBT ou une pile de batterie, vers un liquide de refroidissement.généralement de l'eau ou d'un mélange glycol-eau, passe par des canaux internes à l'intérieur de la plaque, absorbe la chaleur et la transporte vers un radiateur ou un refroidisseur où elle se dissipe dans l'environnement.

L'efficacité d'une plaque froide est déterminée par sa résistance thermique, la chute de pression du fluide et la surface disponible pour le transfert de chaleur.Parce que les liquides ont une conductivité thermique et une capacité thermique nettement supérieures à celles de l'air, les plaques de froid liquide peuvent gérer des niveaux de flux de chaleur qui seraient impossibles même pour les plus grands dissipateurs de chaleur refroidis par ventilateur.

Types courants de plaques froides liquides

La sélection de la bonne conception de plaque de refroidissement dépend des exigences spécifiques de refroidissement, du budget et des contraintes d'espace de l'application.

Plaques de froid à tube en plaque

Il s'agit de la conception la plus économique et la plus simple, composée d'une base métallique, généralement en aluminium, avec un tube de cuivre ou d'acier inoxydable pré-bent pressé dans une rainure.Le tube transporte le liquide de refroidissementPour améliorer les performances thermiques, un époxy thermique est souvent utilisé pour combler les espaces entre le tube et la plaque.Ils sont idéaux pour les applications avec des charges thermiques modérées où le coût est un facteur principal.

Plaques froides perforées en profondeur

Ces plaques froides, créées en perçant des trous dans un bloc de métal solide, sont robustes et résistantes aux fuites parce qu'elles sont fabriquées à partir d'une seule pièce.Les trous sont reliés entre eux pour créer une trajectoire de fluxBien qu'ils soient très durables, la géométrie interne est limitée aux lignes droites, ce qui peut ne pas être efficace pour les "points chauds" hautement localisés.

Plaques de refroidissement à canal entièrement usinées

Pour les applications hautes performances, les canaux internes sont usinés CNC directement dans une plaque de base, qui est ensuite recouverte d'un couvercle.épinglesLe couvercle est généralement relié à l'aide de soudage par friction (FSW), de brasage sous vide,ou boulonnés à l'aide d'anneaux O.

Plaques de refroidissement à micro-canal

Dans le monde de l'informatique haute performance et de la technologie laser, les plaques à micro-canaux sont utilisées pour gérer des densités de chaleur extrêmes.Bien qu'ils offrent les performances thermiques les plus élevées, elles entraînent également une forte chute de pression et nécessitent un liquide de refroidissement très propre pour éviter les obstructions.

Applications clés dans toutes les industries

Le passage à l'électrification et au traitement de données à grande vitesse a accru la demande de plaques froides liquides dans plusieurs secteurs majeurs.

Les centres de données et l'informatique haute performance (HPC)

Comme l'IA et les charges de travail d'apprentissage automatique poussent la consommation d'énergie du GPU et du CPU à de nouveaux sommets, le refroidissement par air n'est plus viable pour de nombreux racks de serveurs.Les plaques froides liquides sont intégrées directement sur les processeurs, permettant aux centres de données de fonctionner à des densités plus élevées avec des coûts énergétiques plus faibles pour le refroidissement.

Véhicules électriques (VE) et stockage par batterie

Dans les véhicules électriques, la durée de vie de la batterie et la vitesse de charge sont fortement influencées par la température.Les plaques froides sont utilisées pour maintenir des températures optimales dans les batteries pendant la charge rapide et la conduite à grande vitesse.En outre, l'électronique de puissance (onduleurs et convertisseurs) des véhicules électriques repose sur des plaques de froid pour gérer la chaleur générée lors de la conversion de puissance.

Énergie renouvelable

Les éoliennes et les onduleurs solaires utilisent des modules de puissance à grande échelle comme les IGBT (transistors bipolaires à porte isolée).Les plaques de refroidissement liquide assurent le fonctionnement fiable de ces systèmes dans des environnements extérieurs difficiles.

Équipement médical et laser

Les appareils d'imagerie médicale de haute puissance comme les IRM et les lasers chirurgicaux nécessitent un contrôle précis de la température.Toute fluctuation de température peut affecter la précision de l'équipement ou la stabilité du faisceau laserLes plaques de refroidissement liquide assurent le refroidissement stable et sans vibration requis pour ces instruments sensibles.

Le guide de l'usinage CNC pour les plaques froides

L'usinage CNC (computation numérique) est la méthode la plus polyvalente et la plus précise pour la fabrication de plaques froides liquides.Il permet aux ingénieurs de passer d'une conception CAO à un prototype fonctionnel ou une pièce de production avec une précision incroyable.

Sélection du matériel

L'aluminium (spécifiquement 6061 ou 6063) est le matériau le plus courant pour les plaques froides en raison de son excellente conductivité thermique, de sa nature légère et de sa facilité d'usinage.Le cuivre est utilisé lorsque des performances thermiques encore plus élevées sont requisesDans certains environnements corrosifs, l'acier inoxydable peut être utilisé pour les chemins de fluide internes.

Optimisation des géométries internes

L'avantage principal de l'usinage CNC est la capacité de créer des structures "aile" ou des tableaux "aile" à l'intérieur des canaux.Ces structures augmentent la surface interne et brisent le flux laminaire du liquide, ce qui assure un mélange constant du liquide de refroidissement, ce qui permet une absorption de la chaleur bien meilleure que dans un tube rond et lisse.

Précision et tolérances

La planéité est sans doute la spécification la plus importante pour une plaque froide.05 mm) pour minimiser l'épaisseur du matériau d'interface thermique (TIM)Les fraiseuses CNC peuvent atteindre ces tolérances serrées de façon constante.

Technologies de jointure et d'étanchéité

Une fois les canaux internes usinés, la plaque doit être scellée.

1. Soudage par friction (FSW): Un procédé de jointure à l'état solide qui crée une liaison à haute résistance et étanche sans faire fondre le matériau.C'est la méthode préférée pour les plaques de froid en aluminium de haute fiabilité.

2. Le brasage sous vide consiste à placer un métal de remplissage entre la plaque et le couvercle et à les chauffer dans un four sous vide.finition esthétique.

3. Fermeture par anneau O: Pour les prototypes ou les applications à basse pression, un couvercle peut être boulonné sur la base à l'aide d'un anneau O en élastomère pour prévenir les fuites.Cela permet d'ouvrir la plaque pour inspecter ou nettoyer.

Finition de surface

Après l'usinage et le joint, les plaques froides sont souvent traitées en surface.L'anodisation (pour l'aluminium) ou le nickel (pour le cuivre) assure une résistance à la corrosion et améliore la durabilité des surfaces de montagePour les applications de centre de données, la zone de contact peut être laissée comme métal nu ou poli à une finition miroir pour maximiser le contact thermique.

Conclusion

Les plaques froides liquides représentent l'avant-garde de la gestion thermique.Il est essentiel de comprendre les nuances de la conception des plaques à froid et les avantages de l'usinage CNCEn exploitant la précision de l'usinage CNC, les ingénieurs peuvent créer des solutions de refroidissement hautement optimisées, fiables et efficaces adaptées aux environnements les plus exigeants.

La densité de puissance continue d'augmenter, l'intégration du refroidissement liquide passera d'une exigence spécialisée à une nécessité standard.Des plaques de refroidissement CNC assurent que vos appareils électroniques restent au frais, mieux fonctionner, et durer plus longtemps.