Placas frias líquidas: tipos, aplicações e guia de usinagem CNC

À medida que os componentes eletrônicos se tornam menores e mais poderosos, gerenciar o calor que geram tornou-se um desafio crítico de engenharia.A refrigeração por ar tradicional é frequentemente insuficiente quando se lida com altas densidades de energiaO centro destes sistemas é a placa de frio líquido. Este guia explora os diferentes tipos de placas de frio.As suas diversas aplicações industriais, e por que a usinagem CNC continua a ser o principal método de fabricação para soluções térmicas de alto desempenho.

Compreensão das placas frias líquidas

Uma placa de frio líquido é um trocador de calor responsável por transferir calor de uma superfície de alta temperatura, como uma CPU, IGBT ou célula de bateria, para um refrigerante líquido.normalmente água ou uma mistura de glicol e água, flui através de canais internos dentro da placa, absorvendo o calor e levando-o para um radiador ou refrigerador, onde é dissipado para o ambiente ambiente.

A eficiência de uma placa fria é determinada pela sua resistência térmica, pela queda de pressão do fluido e pela área de superfície disponível para transferência de calor.Porque os líquidos têm uma condutividade térmica e capacidade térmica significativamente maiores do que o ar, placas de frio líquido podem gerenciar níveis de fluxo de calor que seriam impossíveis mesmo para os maiores dissipadores de calor resfriados por ventilador.

Tipos comuns de placas frias líquidas

A seleção do design correto da placa de frio depende dos requisitos específicos de refrigeração, orçamento e restrições de espaço da aplicação.

Placas frias de tubo em placa

Este é o projeto mais económico e direto. É constituído por uma base metálica – geralmente de alumínio – com um tubo pré-dobrado de cobre ou aço inoxidável pressionado numa ranhura.O tubo transporta o refrigerantePara melhorar o desempenho térmico, um epoxi térmico é frequentemente usado para preencher quaisquer lacunas entre o tubo e a placa.Estes são ideais para aplicações com cargas de calor moderadas onde o custo é um fator primário.

Placas frias perfuradas em buraco profundo

Criadas por perfuração de furos através de um bloco sólido de metal, estas placas frias são robustas e resistentes a vazamentos porque são usinadas a partir de uma única peça de material.Os furos estão interligados para criar um caminho de fluxoEmbora sejam altamente duráveis, a geometria interna é limitada a linhas retas, o que pode não ser eficiente para "pontos quentes" altamente localizados.

Placas de frio de canal totalmente maquinadas

Para aplicações de alto desempenho, os canais internos são usinados CNC diretamente em uma placa base, que é então coberta por uma tampa.pinos, ou caminhos serpentinos, que maximizam a área da superfície e criam turbulência no fluido para melhorar a transferência de calor.ou parafusos com anéis O.

Placas frias de micro-canal

No mundo da computação de alto desempenho e da tecnologia laser, as placas de micro-canal são usadas para lidar com densidades de calor extremas.Enquanto eles oferecem o mais alto desempenho térmico, resultam também numa grande queda de pressão e exigem um líquido de arrefecimento muito limpo para evitar o entupimento.

Principais aplicações em todas as indústrias

A mudança para a eletrificação e o processamento de dados de alta velocidade ampliou a demanda por placas frias líquidas em vários setores principais.

Centros de dados e computação de alto desempenho

À medida que a IA e as cargas de trabalho de aprendizado de máquina impulsionam o consumo de energia da GPU e da CPU para novos patamares, o resfriamento a ar não é mais viável para muitos racks de servidores.As placas de frio líquido são integradas diretamente nos processadores, permitindo que os centros de dados operem a densidades mais elevadas com custos energéticos mais baixos para o arrefecimento.

Veículos elétricos (VE) e armazenamento de baterias

Nos veículos elétricos, a duração da bateria e as velocidades de carregamento são fortemente influenciadas pela temperatura.As placas de frio são usadas para manter temperaturas ideais dentro dos pacotes de baterias durante o carregamento rápido e a condução a alta velocidadeAlém disso, a eletrônica de potência (inversores e conversores) nos veículos elétricos depende de placas de frio para gerenciar o calor gerado durante a conversão de potência.

Energia renovável

As turbinas eólicas e os inversores solares usam módulos de potência em larga escala como IGBTs (Transistores Bipolares de Portão Isolado).As placas de frio líquido garantem que estes sistemas funcionem de forma confiável em ambientes externos adversos.

Equipamento médico e laser

Dispositivos de imagem médica de alta potência, como máquinas de ressonância magnética e lasers cirúrgicos, exigem um controle preciso da temperatura.Qualquer flutuação da temperatura pode afetar a precisão do equipamento ou a estabilidade do feixe de laserAs placas de frio líquido proporcionam o arrefecimento estável e livre de vibrações necessário para estes instrumentos sensíveis.

Guia de usinagem CNC para placas frias

A usinagem CNC (Computer Numerical Control) é o método mais versátil e preciso para a fabricação de placas frias líquidas.Permite aos engenheiros passar de um projeto CAD para um protótipo funcional ou peça de produção com uma precisão incrível.

Seleção de material

O alumínio (especificamente 6061 ou 6063) é o material mais comum para placas frias devido à sua excelente condutividade térmica, natureza leve e facilidade de usinagem.O cobre é usado quando é necessário um desempenho térmico ainda maiorEm alguns ambientes corrosivos, o aço inoxidável pode ser usado para os caminhos internos do fluido.

Otimização das geometrias internas

A principal vantagem da usinagem CNC é a capacidade de criar estruturas "fin" ou matrizes "pin-fin" dentro dos canais.Estas estruturas aumentam a área de superfície interna e quebram o fluxo laminar do líquido, garantindo que o líquido de arrefecimento se misture constantemente, o que resulta numa absorção de calor muito melhor em comparação com um tubo liso e redondo.

Precisão e tolerâncias

A superfície que entra em contato com o componente eletrônico deve ser excepcionalmente plana (muitas vezes dentro de 0,02 mm a 0,05 mm).05 mm) para minimizar a espessura do material de interface térmica (TIM)As fresadoras CNC podem atingir estas tolerâncias rigorosas de forma consistente.

Tecnologias de junção e vedação

Após o mecanizado dos canais internos, a placa deve ser selada.

1. Soldadura por fricção (FSW): Um processo de junção em estado sólido que cria uma ligação de alta resistência e à prova de vazamento sem derreter o material.É o método preferido para placas frias de alumínio de alta fiabilidade.

2. Brazing a vácuo: envolve a colocação de um metal de preenchimento entre a placa e a tampa e aquecê-los em um forno a vácuo.acabamento estético.

3. Selo de anel O: Para protótipos ou aplicações de baixa pressão, uma tampa pode ser atornilhada na base usando um anel O de elastômeros para evitar vazamentos.Isto permite abrir a placa para inspeção ou limpeza.

Revestimento de superfície

Após o mecanizado e a junção, as placas frias são frequentemente submetidas a tratamentos de superfície.A anodização (para o alumínio) ou o revestimento de níquel (para o cobre) proporcionam resistência à corrosão e melhoram a durabilidade das superfícies de montagemPara aplicações de data center, a área de contato pode ser deixada como metal nu ou polida para um acabamento espelho para maximizar o contato térmico.

Conclusão

As placas frias líquidas representam a ponta da gestão térmica.compreender as nuances do projeto de chapa fria e as vantagens da usinagem CNC é essencialAo aproveitar a precisão da usinagem CNC, os engenheiros podem criar soluções de refrigeração altamente otimizadas, confiáveis e eficientes, adaptadas aos ambientes mais exigentes.

À medida que as densidades de energia continuam a subir, a integração do resfriamento líquido passará de uma exigência especializada para uma necessidade padrão.Placas de frio usadas por máquinas CNC garantem que seus aparelhos eletrônicos permaneçam frios, melhor desempenho e duração mais longa.