Жидкие холодные пластины: типы, применения и руководство по CNC-обработке

Поскольку электронные компоненты становятся меньше и мощнее, управление теплой, которую они генерируют, становится критической инженерной задачей.Традиционное охлаждение воздухом часто не работает при высокой плотности мощностиВ центре этих систем находится жидкая холодная плита. В этом руководстве рассматриваются различные типы холодной плит.их разнообразные промышленные применения, и почему станковая обработка с помощью ЧПУ остается основным методом производства высокопроизводительных тепловых решений.

Понимание жидких холодных плит

Жидкая холодная плита - это теплообменник, отвечающий за передачу тепла с высокотемпературной поверхности, такой как процессор, IGBT или батарейный элемент, в жидкую охлаждающую жидкость.обычно вода или смесь гликола и воды, протекает через внутренние каналы внутри пластины, поглощая тепло и перенося его в радиатор или холодильник, где оно рассеивается в окружающую среду.

Эффективность холодной плиты определяется ее тепловым сопротивлением, падением давления жидкости и площадью поверхности, доступной для передачи тепла.Потому что жидкости имеют значительно более высокую теплопроводность и теплоемкость, чем воздух, жидкие холодильные пластины могут управлять уровнем теплового потока, который был бы невозможен даже для самых больших теплоотводов с охлаждением вентилятором.

Общие типы жидких холодильных плит

Выбор правильной конструкции холодной плиты зависит от конкретных требований к охлаждению, бюджета и ограничений пространства приложения.

Холодные пластины трубки-в-пластинке

Это наиболее экономически эффективный и простой дизайн. Он состоит из металлической основы, обычно алюминия, с предварительно согнутой медной или нержавеющей стальной трубой, нажатой в канаву.В трубке находится охладитель.Для улучшения тепловой производительности часто используется тепловой эпоксид для заполнения любых пробелов между трубой и пластиной.Они идеально подходят для применения с умеренными тепловыми нагрузками, где стоимость является основным фактором.

Глубоко пробуренные холодные плиты

Эти холодные плиты, сделанные сверлением отверстий в твердом блоке металла, прочны и не просачиваются, поскольку изготовлены из одного материала.Дырки взаимосвязаны, чтобы создать путь потока.Хотя они очень долговечны, внутренняя геометрия ограничена прямыми линиями, которые могут быть неэффективными для высоко локализованных "горячих точек".

Полномоторные холодовые плиты

Для высокопроизводительных приложений внутренние каналы обрабатываются с помощью ЧПУ непосредственно в базовую пластину, которая затем покрывается крышкой.штифты, или серпентинные пути, которые максимизируют площадь поверхности и создают турбулентность в жидкости для повышения теплопередачи.или с болтами с O-кольцами.

Микроканальные холодовые пластины

В мире высокопроизводительных вычислений и лазерных технологий микроканальные пластины используются для обработки экстремальной плотности тепла.В то время как они предлагают самые высокие тепловые показатели, они также приводят к высокому падению давления и требуют очень чистой охладительной жидкости для предотвращения засорения.

Основные применения в различных отраслях

Переход к электрификации и высокоскоростной обработке данных увеличил спрос на жидкие холодильные пластины в нескольких основных секторах.

Центры обработки данных и высокопроизводительные вычисления (HPC)

Поскольку нагрузки на ИИ и машинное обучение подталкивают потребление энергии GPU и CPU на новые высоты, охлаждение воздухом больше не жизнеспособно для многих стойков серверов.Жидкие холодильные пластины интегрированы непосредственно на процессорах, что позволяет центрам обработки данных работать с более высокой плотностью при более низких затратах энергии на охлаждение.

Электрические транспортные средства (ЭВ) и аккумуляторные батареи

В электромобилях на срок службы батареи и скорость зарядки сильно влияет температура.Холодные пластины используются для поддержания оптимальной температуры в аккумуляторных батареях во время быстрой зарядки и высокой скорости вожденияКроме того, энергетическая электроника (инверторы и преобразователи) в электромобилях полагаются на холодные пластины для управления теплом, вырабатываемым во время преобразования энергии.

Возобновляемая энергия

Ветряные турбины и солнечные инверторы используют крупномасштабные энергомодули, такие как IGBT (изолированные биполярные транзисторы).Жидкостные холодильные плиты обеспечивают надежную работу этих систем в суровых наружных условиях.

Медицинское и лазерное оборудование

Высокопроизводительные медицинские изобразительные устройства, такие как МРТ и хирургические лазеры, требуют точного контроля температуры.Любое колебание температуры может повлиять на точность оборудования или стабильность лазерного лучаЖидкие холодильные пластины обеспечивают стабильное, безвибрационное охлаждение, необходимое для этих чувствительных приборов.

Руководство по обработке с помощью ЧПУ для холодных плит

CNC (компьютерное числовое управление) - это самый универсальный и точный метод изготовления жидких холодильных плит.Это позволяет инженерам перейти от CAD-проекта к функциональному прототипу или производственной части с невероятной точностью.

Выбор материала

Алюминий (особенно 6061 или 6063) является наиболее распространенным материалом для холодных плит из-за его отличной теплопроводности, легкого веса и простоты обработки.Медь используется, когда требуется еще более высокая тепловая производительностьВ некоторых коррозионных средах для внутренних каналов жидкости может использоваться нержавеющая сталь.

Оптимизация внутренней геометрии

Основным преимуществом станковой обработки с ЧПУ является возможность создания структур "плавления" или массивов "плавления" внутри каналов.Эти структуры увеличивают внутреннюю площадь поверхности и разрушают ламинарный поток жидкостиЭто обеспечивает гораздо лучшее поглощение тепла по сравнению с гладкой кругшей трубкой.

Точность и допустимость

Плоскость, пожалуй, самая важная спецификация для холодной пластины.05 мм) для минимизации толщины теплового интерфейса материала (TIM). CNC фрезерные машины могут достичь этих строгих толерантности последовательно.

Технологии соединения и уплотнения

После обработки внутренних каналов пластину необходимо запечатать.

1. Сварка на трении (FSW): процесс соединения твердого состояния, который создает высокопрочную, герметичную связь без таяния материала.Это предпочтительный метод для высокой надежности алюминиевых холодильных плит.

2. Вакуумная сварка: это включает в себя помещение металла между пластиной и крышкой и нагревание их в вакуумной печи.эстетическая отделка.

3. Закрытие O-Ring: для прототипов или приложений низкого давления крышка может быть застегнута на основу с использованием эластомерного O-Ring для предотвращения утечек.Это позволяет открыть пластину для осмотра или очистки.

Поверхностная отделка

После обработки и соединения холодной пластины часто подвергают поверхностной обработке.Анодирование (для алюминия) или никелевое покрытие (для меди) обеспечивает коррозионную стойкость и улучшает долговечность монтажных поверхностейДля приложений в центрах обработки данных контактная область может быть оставлена в виде голого металла или отполирована до зеркальной отделки для максимизации теплового контакта.

Заключение

Жидкие холодильные пластины представляют собой передовые технологии управления тепловой энергией.понимание нюансов проектирования холодной пластины и преимущества CNC-обработки имеет важное значениеИспользуя точность обработки с помощью ЧПУ, инженеры могут создавать высоко оптимизированные, надежные и эффективные решения для охлаждения, адаптированные к самым требовательным условиям.

Поскольку плотность энергии продолжает расти, интеграция жидкостного охлаждения перейдет от специализированного требования к стандартной необходимости.С помощью станковых станков охлаждающие пластины обеспечивают охлаждение электроники, работает лучше и длится дольше.