Flüssige Kaltplatten: Typen, Anwendungen und CNC-Bearbeitungsanleitung

Da elektronische Bauteile kleiner und leistungsfähiger werden, ist die Steuerung der von ihnen erzeugten Wärme zu einer kritischen technischen Herausforderung geworden.Die herkömmliche Luftkühlung ist bei hoher Leistungsdichte häufig schwachIn diesem Leitfaden werden die verschiedenen Arten von Kälteplatten erforscht, die in der Regel mit einem Wärmeabbau verbunden sind, und in diesem Leitfaden werden die verschiedenen Arten von Kälteplatten untersucht.ihre vielfältigen industriellen Anwendungen, und warum die CNC-Bearbeitung die wichtigste Herstellungsmethode für leistungsstarke thermische Lösungen bleibt.

Verstehen von flüssigen Kaltplatten

Eine flüssige Kälteplatte ist ein Wärmetauscher, der für die Übertragung von Wärme von einer hochtemperaturen Oberfläche wie einer CPU, IGBT oder Batteriezelle zu einem flüssigen Kühlmittel verantwortlich ist.üblicherweise Wasser oder eine Glykol-Wassermischung, fließt durch innere Kanäle innerhalb der Platte, absorbiert die Wärme und bringt sie zu einem Kühler oder Kühler, wo sie in die Umgebung abgegeben wird.

Der Wirkungsgrad einer Kaltplatte wird durch den Wärmewiderstand, den Druckabfall der Flüssigkeit und die für die Wärmeübertragung verfügbare Oberfläche bestimmt.Da Flüssigkeiten eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität haben als Luft, können flüssige Kälteplatten Wärmeflussniveaus verwalten, die selbst für die größten mit Lüfter gekühlten Kühlkörper unmöglich wären.

Häufige Arten von flüssigen Kaltplatten

Die Auswahl des richtigen Kühlplattenentwurfs hängt von den spezifischen Kühlanforderungen, dem Budget und den Platzbeschränkungen der Anwendung ab.

Kühlplatten mit Schlauch in der Platte

Dies ist das kostengünstigste und einfachste Design, das aus einer Metallbasis – in der Regel Aluminium – mit einem vorgebeugten Kupfer- oder Edelstahlrohr besteht, das in eine Rille gedrückt wird.Die Röhre trägt die KühlmittelUm die thermische Leistung zu verbessern, wird häufig ein thermisches Epoxid verwendet, um Lücken zwischen Rohr und Platte zu füllen.Diese sind ideal für Anwendungen mit moderaten Wärmebelastungen geeignet, bei denen die Kosten ein wesentlicher Faktor sind.

Tiefbohrte Kaltplatten

Diese Kaltplatten, die durch Bohren von Löchern durch einen festen Metallblock entstehen, sind robust und undicht, weil sie aus einem einzigen Werkstoff hergestellt werden.Die Löcher sind miteinander verbunden, um einen Strömungsweg zu schaffen.Sie sind zwar sehr langlebig, die innere Geometrie ist jedoch auf gerade Linien beschränkt, was für stark lokalisierte "Hotspots" möglicherweise nicht effizient ist.

Vollmaschinelle Kanalkühlplatten

Für Hochleistungsanwendungen werden interne Kanäle direkt in eine Basisplatte bearbeitet, die dann mit einem Deckel bedeckt wird.Schrauben, oder serpentine Pfade, die die Oberfläche maximieren und Turbulenzen in der Flüssigkeit erzeugen, um die Wärmeübertragung zu verbessern.mit einer Breite von mehr als 20 mm,.

Mikrokanalartikel

In der Welt der Hochleistungsrechner und der Lasertechnologie werden Mikrokanalabschnitte verwendet, um extreme Wärmedichte zu bewältigen.Während sie die höchste thermische Leistung bieten, führen sie auch zu einem hohen Druckabfall und erfordern sehr sauberes Kühlmittel, um Verstopfung zu vermeiden.

Schlüsselanwendungen in verschiedenen Branchen

Die Umstellung auf Elektrifizierung und Hochgeschwindigkeitsdatenverarbeitung hat die Nachfrage nach flüssigen Kaltplatten in mehreren wichtigen Sektoren erhöht.

Datenzentren und Hochleistungsrechner (HPC)

Da KI und maschinelles Lernen den GPU- und CPU-Stromverbrauch auf neue Höhen treiben, ist Luftkühlung für viele Server-Racks nicht mehr praktikabel.Flüssige Kaltplatten sind direkt in die Prozessoren integriert, so dass Rechenzentren bei höheren Dichten mit geringeren Energiekosten für die Kühlung arbeiten können.

Elektrofahrzeuge (EV) und Batteriespeicher

Bei Elektrofahrzeugen sind die Akkulaufzeit und die Ladegeschwindigkeit stark von der Temperatur beeinflusst.Kaltplatten dienen zur Aufrechterhaltung optimaler Temperaturen innerhalb der Batterie während des schnellen Aufladens und des HochgeschwindigkeitsfahrensDarüber hinaus verlassen sich die Leistungselektronik (Inverter und Konverter) in Elektrofahrzeugen auf Kaltplatten, um die während der Leistungskonversion erzeugte Wärme zu verwalten.

Erneuerbare Energien

Windkraftanlagen und Solarumrichter verwenden großflächige Leistungsmodule wie IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors). Diese Komponenten erzeugen bei der Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom erhebliche Wärme.Flüssige Kälteplatten sorgen dafür, dass diese Systeme in rauen Außenumgebungen zuverlässig arbeiten.

Medizinische und Laserausrüstung

Hochleistungsgeräte wie MRT-Maschinen und chirurgische Laser erfordern eine präzise Temperaturkontrolle.Jede Temperaturschwankung kann die Genauigkeit der Ausrüstung oder die Stabilität des Laserstrahls beeinträchtigenFlüssige Kälteplatten sorgen für die stabile, vibrationsfreie Kühlung, die für diese empfindlichen Instrumente erforderlich ist.

Die CNC-Bearbeitungsanleitung für Kaltplatten

Die CNC-Bearbeitung (Computer Numerical Control) ist die vielseitigste und präziseste Methode zur Herstellung von flüssigen Kaltplatten.Es ermöglicht es Ingenieuren, von einem CAD-Design zu einem funktionalen Prototyp oder Produktionsteil mit unglaublicher Genauigkeit zu wechseln..

Auswahl des Materials

Aluminium (insbesondere 6061 oder 6063) ist aufgrund seiner hervorragenden Wärmeleitfähigkeit, seines leichten Charakters und seiner einfachen Bearbeitung das häufigste Material für Kaltplatten.Kupfer wird verwendet, wenn noch höhere thermische Leistung erforderlich istIn einigen korrosiven Umgebungen kann Edelstahl für die inneren Fluidwege verwendet werden.

Optimierung der internen Geometrien

Der Hauptvorteil der CNC-Bearbeitung ist die Fähigkeit, "Finnen"-Strukturen oder "Pin-Fin"-Arrays in den Kanälen zu erstellen.Diese Strukturen erhöhen die innere Oberfläche und brechen den laminaren Fluss der Flüssigkeit aufDies führt zu einer viel besseren Wärmeabsorption im Vergleich zu einem glatten, runden Rohr.

Präzision und Toleranzen

Flachheit ist wohl die wichtigste Spezifikation für eine Kaltplatte. Die Oberfläche, die mit der elektronischen Komponente in Kontakt kommt, muss außergewöhnlich flach sein (oft innerhalb von 0,02 mm bis 0,05 mm).05 mm) zur Minimierung der Dicke des thermischen Schnittstellenmaterials (TIM). CNC-Fräsen können diese engen Toleranzen konsequent erreichen.

Verbindung und Dichtungstechnologien

Nach der Bearbeitung der inneren Kanäle ist die Platte zu versiegeln.

1. Friction Stir Welding (FSW): Ein Festkörper-Verbindungsprozess, der eine hochfeste, undichte Verbindung erzeugt, ohne das Material zu schmelzen.Es ist die bevorzugte Methode für hochzuverlässige Aluminium-Kaltplatten.

2. Vakuumbrazen: Dabei wird ein Füllmetall zwischen Platte und Deckel platziert und in einem Vakuumöfen erhitzt.Ästhetische Veredelung.

3. O-Ring-Dichtung: Für Prototypen oder Niederdruckanwendungen kann ein Deckel mit einem Elastomer-O-Ring an die Basis geschraubt werden, um Lecks zu verhindern.Dadurch kann die Platte zur Prüfung oder Reinigung geöffnet werden.

Oberflächenbearbeitung

Nach der Bearbeitung und dem Zusammenfügen werden Kaltplatten häufig Oberflächenbehandlungen unterzogen.Anodisierung (für Aluminium) oder Nickelbeschichtung (für Kupfer) sorgen für Korrosionsbeständigkeit und verbessern die Haltbarkeit der MontageoberflächenFür Anwendungen in Rechenzentren kann der Kontaktbereich als bloßes Metall gelassen oder bis zu einer Spiegelfinish poliert werden, um den thermischen Kontakt zu maximieren.

Schlussfolgerung

Flüssige Kälteplatten stellen die Spitze des thermischen Managements dar. Ob Sie die nächste Generation von Elektrofahrzeugbatterien oder einen KI-Server mit hoher Dichte entwerfen,Das Verständnis der Nuancen des Kaltplattenentwurfs und der Vorteile der CNC-Bearbeitung ist unerlässlichDurch die Nutzung der Präzision der CNC-Bearbeitung können Ingenieure hochoptimierte, zuverlässige und effiziente Kühllösungen schaffen, die auf die anspruchsvollsten Umgebungen zugeschnitten sind.

Da die Leistungsdichte weiter steigt, wird die Integration der Flüssigkeitskühlung von einem spezialisierten Anspruch auf eine Standardnotwendigkeit übergehen.CNC-bearbeitete Kühlplatten sorgen dafür, dass Ihre Elektronik kühl bleibt, leisten bessere Leistungen und halten länger.