Mga Teknolohiya sa Paggawa ng Cold Plate at mga Pangunahing Hamon

Habang patuloy na umuunlad ang mga high-power electronics sa mga industriya tulad ng mga data center, mga de-kuryenteng sasakyan, imbakan ng enerhiya, at high-performance computing, ang pamamahala ng thermal ay naging isang kritikal na salik sa pagiging maaasahan at kahusayan ng sistema. Ang mga tradisyonal na solusyon sa pagpapalamig ng hangin ay lalong hindi sapat para sa mga aplikasyon ngayon na may mataas na heat flux. Bilang resulta, ang liquid cold plate, na kilala rin bilang liquid cooled heat sink, ay naging pangunahing bahagi ng mga modernong cold plate cooling system.

Ang artikulong ito ay nagbibigay ng komprehensibong pangkalahatang-ideya ng teknolohiya ng liquid cold plate, na sumasaklaw sa mga prinsipyo ng paggana, karaniwang mga uri ng cold plate, mga hamon sa pagmamanupaktura, at mga advanced na proseso ng pagdugtong. Layunin nitong tulungan ang mga inhinyero at mga tagagawa ng desisyon na mas maunawaan ang mga solusyon sa cold plate liquid cooling at piliin ang pinakaangkop na pamamaraan para sa kanilang mga aplikasyon.

1. Ano ang isang likidong malamig na plato?

Ang isang liquid cold plate (tinutukoy din bilang liquid cooling plate o water cooling cold plate) ay isang aparato sa paglilipat ng init na nag-aalis ng init mula sa mga high-power na bahagi sa pamamagitan ng pagpapaikot ng coolant sa mga panloob na channel.

Ang pangunahing prinsipyo ng pagpapatakbo ng cold plate cooling ay ang mga sumusunod:

1. Ang init ay nalilikha ng mga elektronikong bahagi tulad ng CPU, GPU, mga power module, o mga baterya

2. Ang init ay dinadala mula sa aparato patungo sa cold plate heat sink sa pamamagitan ng direktang kontak

3. Ang coolant ay dumadaloy sa mga panloob na channel, sumisipsip at nagdadala ng init

4. ang pinainit na likido ay inililipat sa isang panlabas na heat exchanger para sa pagkalat

Kung ikukumpara sa air cooling, ang mga water cooling plate ay nag-aalok ng:

• mas mataas na kahusayan sa paglipat ng init

• mas pare-parehong distribusyon ng temperatura

• pagsasama ng compact na sistema

• superior na pagganap para sa mga kapaligirang may mataas na heat flux

Sa mga aplikasyon sa pag-compute, ang parehong prinsipyo ay inilalapat sa mga CPU water block, CPU cooling block, at GPU na may mga disenyo ng waterblock, kung saan ang isang compact water block ay direktang nagpapalamig sa mga prosesoor.

2. mga tipikal na uri ng likidong malamig na plato at ang kanilang mga hamon

Ang iba't ibang aplikasyon ay nangangailangan ng iba't ibang istruktura ng liquid cold plate. Ang pagpili ng materyal, disenyo ng panloob na channel, at mga pamamaraan ng paggawa ay direktang nakakaapekto sa pagganap, gastos, at pagiging maaasahan.

2.1 tubo-sa-plato na likidong malamig na plato

Ang mga disenyo ng tube-in-plate ay naglalagay ng mga metal na tubo sa isang base plate upang bumuo ng mga coolant channel.

mga kalamangan:

• simpleng istruktura

• mababang gastos sa paggawa

• angkop para sa mga aplikasyon na mababa hanggang katamtamang lakas

mga hamon:

• Ang limitadong densidad ng channel ay nakakabawas sa kahusayan ng paglamig

• pinapataas ng maraming thermal interface ang thermal resistance

• Ang kombinasyon ng tubo ng tanso at platong aluminyo ay maaaring magdulot ng galvanic corrosion

• hindi angkop para sa mga high-performance cold plate cooling system

2.2 baril-drilled na likidong plato para sa pagpapalamig

Ang pagbabarena gamit ang baril ay lumilikha ng mga tuwid na panloob na kanal sa loob ng isang solidong metal plate, na pagkatapos ay tinatakan sa mga dulo.

mga kalamangan:

• mataas na mekanikal na lakas

• makinis na panloob na ibabaw ng kanal

• maaasahan para sa katamtamang init

mga hamon:

• nililimitahan ng mga tuwid na channel ang kakayahang umangkop sa disenyo

• mahirap gumawa ng mga plato na mas mahaba sa 500 mm na may mataas na katumpakan

• ang mga end plug ay mga posibleng butas na tumutulo

• hindi gaanong angkop para sa mga kumplikadong thermal layout

2.3 brazed liquid cold plate

Ang isang brazed liquid cold plate ay nalilikha sa pamamagitan ng pagma-machining ng mga flow channel papunta sa isang base plate at permanenteng pagdudugtong sa isang cover plate sa pamamagitan ng pagpapatigas gamit ang vacuum.

mga kalamangan:

• nagbibigay-daan sa mga kumplikadong disenyo ng panloob na channel

• mahusay na pagganap ng init

• pare-parehong distribusyon ng temperatura

• karaniwang ginagamit sa mga high-end na liquid cold plate cooling system

mga hamon:

• nangangailangan ng mamahaling pagpapatigas gamit ang vacuum furnaces

• mahahabang siklo ng produksyon (6–8 oras bawat batch)

• mataas na sensitivity sa kalinisan ng ibabaw at kontrol sa proseso

• mas mataas na gastos sa pagmamanupaktura at limitadong kakayahang umangkop

2.4 naka-embed na tubo na malamig na plato

sa disenyong ito, ang mga nakabaluktot na tubo ay idinidiin, pinapatigas, o idinidikit sa isang base plate.

mga kalamangan:

• mas nababaluktot na pagruruta ng channel kaysa sa mga tubo na naka-mount sa ibabaw

• tugma sa mga tubo na aluminyo, tanso, o hindi kinakalawang na asero

mga hamon:

• kumplikadong proseso ng pag-assemble

• ang kalidad ng pagkakapare-pareho ay lubos na nakasalalay sa pagkakagawa

• Ang mga brazed na bersyon ay magastos at mahirap kumpunihin

3. paghahambing ng proseso ng paggawa ng likidong malamig na plato

Ang pagganap at pagiging maaasahan ng isang liquid cooling plate ay lubos na nakasalalay sa teknolohiya ng pagdudugtong at pagbubuklod nito. Ang iba't ibang pamamaraan ng pagmamanupaktura ay nag-aalok ng magkakaibang kompromiso.

3.1 mga karaniwang teknolohiya ng pagdudugtong

3.2 friction stir welding para sa mga likidong malamig na plato

Ang friction stir welding (FSW) ay isang proseso ng solid-state joining na lumilikha ng init sa pamamagitan ng mechanical friction sa halip na pagtunaw ng materyal.

Ang mga pangunahing bentahe ng paggawa ng likidong malamig na plato ay kinabibilangan ng:

• walang pagkatunaw, pinapanatili ang orihinal na thermal conductivity

• siksik, walang butas na mga hinang na may halos walang panganib na tagas

• mataas na mekanikal na lakas, malapit sa base na materyal

• maiikling siklo ng hinang, mainam para sa automation

• ang mga gastos sa paggawa ay 2-10 beses na mas mababa kaysa sa pagpapatigas

Ang fsw ay lalong ginagamit para sa mga oem liquid cold plate, odm liquid cooling plate, at mga high-volume custom cold plate.

4. mga senaryo ng aplikasyon

Ang mga likidong malamig na plato ay malawakang ginagamit sa mga aplikasyon na nangangailangan ng mataas na pagganap na pamamahala ng init, kabilang ang:

• mga data center at server (cpu cooling block, pinakamahusay na mga solusyon sa cpu water block)

• mga ai accelerator at gpu na may mga waterblock system

• elektronikong pang-kapangyarihan ng sasakyang de-kuryente

• mga pack ng baterya at mga sistema ng imbakan ng enerhiya

• kagamitan sa telekomunikasyon at imprastraktura ng 5g

• mga pang-industriyang suplay ng kuryente at mga inverter

5. mga pangunahing salik kapag pumipili ng likidong malamig na plato

Kapag pumipili ng pasadyang likidong malamig na plato, dapat suriin ang mga sumusunod na salik:

• karga ng init at densidad ng daloy ng init

• uri ng coolant at presyon ng pagpapatakbo

• mga kondisyon sa kapaligiran

• mga kinakailangan sa pagiging maaasahan at habang-buhay

• mga target na gastos at dami ng produksyon

• mga pangangailangan sa pagpapasadya at pagsasama

Ang pakikipagtulungan sa isang bihasang tagagawa ng liquid cold plate ay nagsisiguro ng pinakamainam na balanse sa pagitan ng pagganap, pagiging maaasahan, at gastos.

Ang liquid cold plate ay isang kritikal na bahagi sa mga modernong cold plate liquid cooling system. Habang ang mga tradisyonal na solusyon tulad ng tube-in-plate at gun-drilled na disenyo ay nananatiling magagamit para sa ilang partikular na aplikasyon, ang mga advanced na proseso tulad ng pagpapatigas gamit ang vacuum at friction stir welding ang nagtutulak sa industriya tungo sa pag-unlad.

Kabilang sa mga ito, ang friction stir welded liquid cooling plates ay nag-aalok ng pinakamahusay na balanse ng:

• pagganap ng init

• lakas ng makina

• pagiging maaasahan na walang tagas

• kahusayan sa gastos

Habang patuloy na tumataas ang demand para sa high-performance cooling, ang mga custom cold plate, oem liquid cold plate, at odm liquid cooling plate ay gaganap ng lalong mahalagang papel sa mga susunod na henerasyon ng mga solusyon sa thermal management.