Выбор оптимальной подложки: сравнительный анализ меди и алюминия для пластин жидкостного охлаждения

Производственный фонд мощного охлаждения

В Winshare Thermal мы воочию наблюдаем растущий спрос на высокопроизводительное охлаждение в таких критически важных секторах, как электромобили ( EV ), системы хранения энергии ( ESS ) и вычисления высокой плотности для серверов В этих приложениях эффективное управление теплом — это не просто задача проектирования, это решающий фактор надежности и долговечности системы. искусственного интеллекта .

Жидкостная охлаждающая пластина выступает в качестве незаменимого теплового интерфейса, напрямую передавая тепло от таких компонентов, как модули IGBT или элементы силовой батареи, к охлаждающей жидкости. Основополагающий выбор материала для этой охлаждающей пластины глубоко влияет на ее эффективность охлаждения, структурную целостность и общую экономическую эффективность.³

Инженеры неизменно сталкиваются с выбором между медью ( Cu ) и алюминием ( Al ) . . Философия Winshare Thermal заключается не в том, чтобы объявить один материал универсальным, а в том, чтобы определить оптимальный материал и производственный процесс, точно подходящий для уникальных тепловых, механических и бюджетных требований каждого конкретного применения.

Обязательства Winshare Thermal:

Обладая обширными производственными возможностями, включая вакуумную пайку, сварку трением с перемешиванием (FSW) и наши специализированные конструкции холодных пластин с трубчатыми (встроенными трубками), мы преуспеваем в работе как с медью, так и с алюминием. Эта универсальность в сочетании с нашим глубоким инженерным опытом позволяет нам предоставлять клиентам объективные, ориентированные на решения рекомендации по материалам и процессам, обеспечивая высочайшую производительность и надежность для их критически важных потребностей в области терморегулирования.

II. Анализ свойств материалов: основные показатели, определяющие выбор производства

Наш выбор подходящего материала для охлаждающей пластины начинается со строгого сравнения физических свойств сердцевины. В Winshare Thermal мы тщательно оцениваем эти показатели, чтобы гарантировать, что изготовленная холодная плита обеспечивает производительность и технологичность.

A. Тепловые характеристики: чемпион по теплопередаче, сформированный нашими процессами

Теплопроводность ( k ) является важнейшим фактором, определяющим присущую материалу способность проводить тепло.

Превосходная теплопроводность меди (~ 205 Вт/м⋅К ) делает ее явным лидером в обеспечении максимальной эффективности теплопередачи. Это критически важно для приложений с чрезвычайно высоким тепловым потоком, где концентрированное тепло от силовой электроники, такой как высокочастотные IGBT, требует минимально возможной температуры перехода (T_j ) и строгих требований к термическому сопротивлению.

Алюминий, хотя и имеет более низкое значение k , по-прежнему обеспечивает хорошую проводимость и очень эффективен для применений, где тепловая нагрузка более распределена.

Производственные преимущества Winshare Thermal:

Мы используем наш опыт в области вакуумной пайки меди для создания холодных пластин для самых требовательных применений с высоким потоком (например, охлаждение процессора/графического процессора), где весь потенциал проводимости меди реализуется за счет превосходного металлургического соединения.

B. Вес и плотность: структурная проблема, которую решает наше производство

Вес системы является важным фактором при проектировании, особенно в мобильных и крупномасштабных транспортных приложениях.

Высокая плотность меди () делает ее почти в три раза тяжелее алюминия () по объему. Эта существенная разница в весе имеет первостепенное значение в больших системах, таких как шкафы или большие аккумуляторные блоки. Использование алюминиевых холодных пластин, часто изготавливаемых по нашему 8.96 процессу ESS EV FSW с плотностью ~ г/см^3~ 2,70 г/см^3 , приводит к значительной совокупной экономии веса, что напрямую влияет на запас хода транспортных средств, системную интеграцию и логистику доставки.

Производственные преимущества Winshare Thermal:

Наши передовые возможности сварки трением с перемешиванием (FSW) специально оптимизированы для алюминиевых сплавов, что позволяет нам производить большие, легкие и структурно прочные холодные пластины, которые необходимы для совокупного снижения веса, необходимого в приложениях EV и ESS.

III. Важные инженерные соображения: интегрированный подход Winshare Thermal

Окончательный выбор материала в Winshare Thermal выходит за рамки только тепловых свойств. Наши инженерные соображения включают практические производственные вопросы, оптимизацию затрат и важнейшую долгосрочную совместимость жидкостей для обеспечения максимальной надежности.

А. Стоимость и технологичность: баланс бюджета и эффективности производства

Стоимость часто является доминирующим фактором, особенно в приложениях для массового рынка.

Алюминий обычно требует более низкой стоимости сырья, что напрямую влияет на материальный бюджет системы. Важно отметить, что алюминий также легко поддается различным производственным процессам, что позволяет ускорить производственные циклы, что является ключевым преимуществом для компонентов массового производства.

Производственное преимущество Winshare Thermal: мы широко используем сварку трением с перемешиванием (FSW) для наших алюминиевых холодных пластин. FSW — это выдающийся процесс твердотельного соединения, который создает соединения высокой целостности со сложной геометрией внутренних ребер, что делает его исключительно экономичным и эффективным для крупносерийного производства алюминиевых холодных листов.

Медь, хотя и обеспечивает превосходные характеристики, является более дорогой с точки зрения сырья и может медленнее обрабатываться. Однако в определенных сценариях меньшая и менее сложная медная пластина (например, медная холодная пластина, паяная в вакууме ) может превзойти более крупную и более сложную алюминиевую пластину, что потенциально компенсирует более высокие затраты на исходный материал и обработку.

B. Коррозия и совместимость жидкостей: проверка надежности, подтвержденная нашими технологиями

Коррозия представляет собой критический риск для долгосрочной надежности любой системы жидкостного охлаждения. Гальваническая коррозия , возникающая при контакте разнородных металлов с электролитом (охлаждающей жидкостью), является серьезной проблемой в контурах, состоящих из смешанных металлов (например, алюминиевая холодная пластина, соединенная с медным теплообменником).

Полностью медная система обычно обеспечивает наилучшую долгосрочную надежность против коррозии. Полностью алюминиевая система, часто изготавливаемая по нашему процессу FSW , устраняет гальванические проблемы, но по-прежнему требует специальных ингибированных охлаждающих жидкостей для предотвращения основной коррозии алюминия.

Смешанная система Cu/Al , хотя и обеспечивает гибкость конструкции, представляет наибольший риск и требует тщательного проектирования. Это включает в себя тщательный выбор материалов, прочное покрытие компонентов (например, никелирование наших медных компонентов ) и специализированные ингибиторы коррозии в жидкости – все области, в которых Winshare Thermal предоставляет экспертные консультации и производственные возможности. Игнорирование этих факторов может привести к преждевременному отказу системы и дорогостоящим простоям.

IV. Руководство по применению Winshare Thermal: Индивидуальные решения для разных отраслей

Выбор между медью и алюминием во многом зависит от теплового профиля конкретного применения и эксплуатационных ограничений. В Winshare Thermal мы предоставляем индивидуальные рекомендации, основанные на нашем обширном опыте в ключевых отраслях.

A. Силовая электроника с высоким потоком: производительность имеет первостепенное значение — выбирайте медь

В эту категорию входят системы с высокими концентрированными тепловыми нагрузками, такие как IGBT- модули, блоки преобразования энергии и частотно-регулируемые приводы (VFD).

Рекомендация Winshare Thermal: Медь

• Обоснование: эти приложения требуют минимально возможного термического сопротивления для управления тепловыми выбросами высокой плотности и поддержания холода чувствительных полупроводниковых переходов. Превосходная проводимость меди, максимизируемая благодаря процессам вакуумной пайки и заточки ребер , не подлежит обсуждению с точки зрения надежности и эксплуатационной эффективности.

• Пример: решения для охлаждения мощных преобразователей энергии ветра и серверных процессоров искусственного интеллекта .

  
  

  
  

  
  

Б. Электромобили ( EV ) и системы хранения энергии ( ESS ): вес и масштаб имеют значение – выбирайте алюминий

Это предполагает охлаждение больших аккумуляторных блоков и модулей, где тепловая нагрузка обычно распределяется по множеству ячеек.

Рекомендация Winshare по температуре: алюминий

• Обоснование: в этих приложениях приоритет отдается малому весу, большому размеру и экономической эффективности. В то время как тепловая нагрузка распределяется, алюминий, особенно при обработке по нашей технологии FSW , обеспечивает достаточные тепловые характеристики. Его низкая плотность и выгодная стоимость делают его идеальным для требуемых огромных масштабов. Наши алюминиевые холодные пластины FSW имеют прочную конструкцию и очень экономичны для крупноформатных интеграций, таких как силовые аккумуляторные блоки.

• Пример: Охлаждающие пластины для аккумуляторных модулей $ ext{EV}$ и крупногабаритных шкафов ESS .

  
  

C. Охлаждение центров обработки данных и серверов: гибридные решения для максимальной плотности

В эту категорию входят системы охлаждения мощных процессоров, графических процессоров и ускорителей искусственного интеллекта в стоечных средах с высокой плотностью размещения.

Рекомендации Winshare по температуре: медь (интерфейс) или гибрид

• Обоснование: Серверные компоненты требуют максимальной производительности в ограниченном пространстве. Мы часто используем медные базовые платы (например, вакуумной пайки ), которые напрямую контактируют с процессором или графическим процессором , чтобы максимизировать отвод тепла с минимальной площади. Для более крупных компонентов контура охлаждения, таких как коллекторы или стоечные теплообменники, можно использовать алюминий для снижения веса и стоимости. Этот гибридный подход , поддерживаемый нашими многопроцессными производственными возможностями, обеспечивает максимальные тепловые характеристики в самой критической точке. Мы предоставляем экспертные рекомендации по химии жидкостей для снижения рисков коррозии смешанных металлов в таких сложных гибридных системах.

• Пример: холодные пластины с прямым подключением к кристаллу для серверов искусственного интеллекта и компонентов CDU с жидкостным охлаждением .

  
  

V. Winshare Thermal – ваш интегрированный партнер в сфере теплоснабжения

Выбор между медными и алюминиевыми холодными пластинами является фундаментальным инженерным компромиссом. Решение Winshare Thermal поможет вам точно и профессионально ориентироваться.

• Выбирайте медь , когда максимальные тепловые характеристики и долговременная коррозионная надежность в системе из чистого металла (часто достигаемая с помощью наших процессов вакуумной пайки или заточенных ребер ) являются первостепенными задачами для компонентов с высоким содержанием флюса.

• Выбирайте алюминий, когда основными факторами являются экономия веса, экономическая эффективность и масштабируемость для больших распределенных тепловых нагрузок (обычно изготавливаемых с использованием наших возможностей FSW или пайки алюминия ).

«Лучшим» выбором однозначно является тот, который обеспечивает оптимальный баланс, удовлетворяет конкретным тепловым требованиям, бюджету системы и всем механическим и химическим ограничениям. Опираться на оценки недостаточно. Winshare Thermal предоставляет передовую команду по проектированию и анализу, состоящую из элитных представителей ведущих мировых тепловых компаний. Мы предлагаем специализированную инженерную поддержку, проводим комплексное термическое и механическое моделирование, а также выполняем анализ проектирования для технологичности ( DFM ) в рамках нашего разнообразного спектра производственных процессов.

Такой комплексный подход гарантирует, что для вашего проекта будут выбраны абсолютно правильные материалы и производственный процесс , гарантируя высочайшую производительность, надежность и экономическую эффективность для ваших критически важных приложений.