Как работает холодная тарелка? Глубокое погружение в высокоэффективное жидкое охлаждение

В мире мощной электроники, от модулей IGBT в электромобилях до процессоров, питающих обширные центры обработки данных, управление теплом больше не является второстепенной проблемой-это основная задача проектирования. По мере увеличения плотности энергии традиционные решения для воздушного охлаждения часто достигают их физических ограничений. Именно здесь жидкое охлаждение , и, в частности, холодная пластина, появляется как превосходная технология теплового управления. Как лидер в разработке и производстве комплексных тепловых решений, Winshare Thermal здесь, чтобы демистифицировать этот критический компонент.

В этой статье будут изучаться фундаментальные принципы, лежащую в основе холодной пластины, ее конструкцию, критические факторы в его дизайне и почему она стала приобретенным решением для наиболее требовательных тепловых применений.

Что именно составляет жидкую холодную пластину?

В своем ядре жидкая холодная пластина-это теплообменник, который переносит тепловую энергию из тепло-генерирующего устройства непосредственно в жидкость, протекающую внутри него. Думайте об этом как о критической первой точке контакта в петле жидкого охлаждения. В то время как радиатор с воздушным охлаждением рассеивает тепло в окружающий воздух, холодная пластина получает эту нагреву и эффективно передает его на охлаждающую жидкость, такую ​​как смеси воды-гликоля.

Эта тепловая жидкость затем откачивается от чувствительной электроники в дистанционный теплообменник (например, радиатор), где ее можно охладить перед рециркуляцией. Этот процесс позволяет управлять гораздо более высокими тепловыми нагрузками более компактным и контролируемым образом. Сама холодная пластина представляет собой тщательно разработанный блок термически проводящего материала, такой как алюминий или медь, с внутренними каналами или трубками, предназначенными для максимизации площади поверхности в контакте с охлаждающей жидкостью.

Как холодная пластина в основном передает тепловую энергию?

Работа холодной пластины представляет собой мастерское применение двух основных принципов термодинамики: проводимость и конвекция. Процесс представляет собой плавный, непрерывный цикл, предназначенный для максимальной эффективности.

• Шаг 1: проводимость. Путешествие тепла начинается у источника - процессор, IGBT, лазерный диод или любой другой компонент мощности. Это тепло должно сначала провести от устройства в корпус холодной пластины. Это достигается путем монтажа компонента непосредственно на поверхность холодной пластины. Качество этого соединения имеет первостепенное значение, поэтому высокопроизводительный между двумя поверхностями применяется TIM заполняет микроскопические воздушные зазоры, сводя к минимуму тепловое сопротивление и обеспечивая эффективный проводящий путь. материал теплового интерфейса (TIM) .

• Шаг 2: Конвекция. Как только тепло насыщено проводящим основанием холодной пластины, начинается вторая стадия. Насос циркулирует жидкую охлаждающую жидкость через сложные внутренние каналы пластины. Когда жидкость протекает через эти каналы, она поглощает тепло от окружающего материала через конвекцию. Конструкция этих внутренних проходов-будь то простые трубки или сложные, микроканальные плавники,-спроектирована для создания турбулентности и максимизировать площадь поверхности для теплопередачи, эффективно », промывая » нагревать в жидкость.

• Шаг 3: Транспорт. Теперь награждающая охлаждающая жидкость выходит из холодной пластины и транспортируется через трубку в радиатор или другой теплообменник, где она выпускает свою тепловую нагрузку в окружающую среду, готовый начать цикл заново.

Какая конструкция холодной тарелки подходит для ваших нужд?

Не все холодные пластины созданы равными. Метод производства и внутренняя структура выбираются на основе конкретных требований к производительности приложения, целей затрат и механических ограничений. В Winshare Thermal мы используем наши обширные производственные возможности, чтобы обеспечить оптимальное решение для каждой задачи.

Каковы важные факторы при разработке эффективной холодной пластины?

Создание действительно эффективной холодной пластины - это наука, которая уравновешивает тепловые характеристики с механическими и гидравлическими соображениями. Наша инженерная команда использует современные инструменты, такие как CFD (вычислительная динамика жидкости) для оптимизации каждого аспекта дизайна.

• Выбор материала: выбор между меди и алюминием является основным фактором. Медь предлагает превосходную теплопроводность (≈400 Вт/м · К) для максимальной производительности, в то время как алюминий обеспечивает отличную проводимость (≈235 Вт/м · К) при гораздо более низком весе и стоимости. Выбор часто зависит от теплового потока и общих требований к весу системы.

• Внутренняя геометрия FIN: дизайн внутри холодной пластины - это то, где производительность выигрывается или потеряна. Включая внутренние плавники или микроканалы, мы резко увеличиваем площадь поверхности, доступную для конвективной теплопередачи. Плотность, высота и форма этих плавников тщательно смоделированы, чтобы максимизировать тепловые характеристики без получения чрезмерного падения давления.

• Конструкция пути потока: расположение внутренних каналов диктует, как охлаждающая жидкость течет по источнику тепла. Хорошо разработанный путь гарантирует, что скорость охлаждающей жидкости сохраняется и что нет 'горячих точек ', где поток застойный. Конструкция должна сбалансировать термическую однородность с падением давления, так как более высокое падение давления требует более мощного и большего количества энергии.

• Материал теплового интерфейса (TIM): Как упоминалось ранее, TIM является критическим, но часто упускаемым из виду компонентом. Даже самые плоские поверхности имеют микроскопические недостатки. Высококачественный TIM, будь то тепловая смазка или провальная площадка, необходима для преодоления этого зазора и обеспечения непрерывной тепловой тракты от вашего компонента до холодной пластины.

Когда вы должны выбрать холодную тарелку над воздушным охлаждением?

В то время как воздушное охлаждение эффективно для многих применений, существуют четкие индикаторы, когда необходим переход к жидкому охлаждению с холодной пластиной и выгодным:

• Высокий тепловой поток: когда тепло, генерируемое на единицу площади (W/CM⊃2;), слишком высока для эффективного рассеивания воздушного охлаждения.

• Пространственные ограничения: Компактная холодная пластина может управлять тепловой нагрузкой, которая потребует массивной и часто непрактичной радиатора с воздушным охлаждением и вентилятора.

• Удаленное рассеяние тепла: когда тепло должно быть отодвинуто от электроники и истощена в других местах, например, в герметичном корпусе или плотно упакованной стойке сервера.

• Снижение акустического шума: системы жидкого охлаждения с их медленным вентилятором радиатора, значительно тише, чем высокоскоростные вентиляторы, необходимые для эквивалентных производительности воздуха.

• Температурная однородность: холодные пластины могут обеспечить более стабильную и равномерную температуру на большой поверхности или нескольких компонентах, что имеет решающее значение для производительности и долговечности.

Как вы можете обеспечить оптимальную тепловую производительность?

Понимание того, как работает холодная тарелка, - это первый шаг. Следующим является реализация решения, которое идеально подходит для уникальных требований вашего приложения. Проектирование эффективной системы теплового управления представляет собой многогранную проблему, включающую динамику жидкости, материальную науку и передовое производство.

В Winshare Thermal мы больше, чем просто поставщик компонентов; Мы ваш универсальный партнер по тепловому решению. От первоначального моделирования CFD и быстрого прототипирования до массового производства холодных пластин, радиаторов и тепловых труб, мы предоставляем опыт и интегрированные возможности для решения ваших самых сложных тепловых проблем. В партнерстве с нашей командой вы получаете доступ к десятилетиям инженерного опыта, посвященного обеспечению того, чтобы ваша технология работала более прохладным, быстрее и надежно.