Solutions de refroidissement liquide avancées

Dans les environnements électroniques et informatiques hautes performances actuels, la gestion thermique est essentielle. Les plaques froides liquides constituent une solution efficace pour dissiper la chaleur des processeurs, des cartes graphiques, de l'électronique de puissance et autres composants à forte dissipation thermique. Chez Kingka, nous sommes spécialisés dans les plaques froides sur mesure et proposons des solutions adaptées à une large gamme d'applications. Cet article passe en revue quatre principaux types de plaques froides liquides : les plaques froides liquides FSW, les plaques froides liquides tubulaires, les plaques froides liquides brasées et les blocs de refroidissement liquide pour processeur. Il aborde leurs principes de fonctionnement, leurs procédés de fabrication, les matériaux utilisés, leurs coûts, leurs avantages et leurs applications idéales.

1. Plaque froide à liquide FSW

principe de fonctionnement

Les composants à plaque froide liquide FSW utilisent le soudage à l'état solide, et plus précisément le soudage par friction-malaxage (FSW), pour créer des canaux de refroidissement intégrés au sein du bloc métallique. La chaleur générée par les composants électroniques est directement transférée à la base de la plaque froide, puis conduite vers le fluide de refroidissement circulant dans les canaux internes. Cette structure garantit une efficacité thermique et une intégrité mécanique élevées.

processus de fabrication

Étapes typiques de la production de plaques froides liquides FSW sur mesure :

1. conception et usinage CNC de la géométrie du canal interne dans des blocs d'aluminium ou de cuivre (plaque froide liquide usinée CNC).

2. Préparation des surfaces pour le soudage, en veillant à la planéité et à la propreté des interfaces.

3. Soudage par friction-malaxage des plaques de recouvrement pour former des canaux étanches.

4. Tests d'étanchéité, validation de la pression et vérification du débit.

5. Post-traitement optionnel : finition de surface, filetage des ports et revêtement.

matériels

• alliages d'aluminium (par exemple, 6061, 7075) pour plaques légères à haute conductivité.

• Le cuivre assure des performances thermiques maximales dans les applications à haute densité de chaleur.

délai et coût de livraison

Les plaques FSW à froid nécessitent un équipement spécialisé et un usinage CNC de précision. Le délai de livraison est de 4 à 8 semaines pour les prototypes et les petites séries. Le coût unitaire est supérieur à celui des plaques brasées standard, mais les performances et l'intégrité structurelle sont meilleures.

avantages et inconvénients

avantages :

• conductivité thermique élevée et refroidissement uniforme

• intégrité mécanique élevée grâce au soudage à l'état solide

• adapté aux géométries complexes

inconvénients :

• coût unitaire plus élevé

• délai de production plus long pour les prototypes

• nécessite des capacités avancées en CNC et FSW

2. plaque froide à liquide tubulaire

principe de fonctionnement

Les plaques froides à liquide tubulaire utilisent des tubes intégrés, souvent en cuivre ou en aluminium, pour la circulation du fluide caloporteur. La chaleur est transférée de la plaque de base aux parois des tubes, puis au liquide. Certains modèles utilisent de la résine époxy ou d'autres charges (fabrication de plaques froides à liquide tubulaires remplies de résine époxy) pour améliorer le contact thermique et le support structurel.

processus de fabrication

1. Pliez des tubes de cuivre ou d'aluminium selon les formes sinueuses ou droites souhaitées.

2. Préparer la plaque de base avec des rainures ou des fentes pour le placement du tube.

3. encastrer les tubes dans la base à l'aide d'époxy ou par fixation mécanique (plaque froide de remplissage de résine époxy).

4. sceller les orifices et effectuer des tests d'étanchéité.

matériels

• Tubes en cuivre pour une conductivité supérieure (pièces de plaque froide à liquide en tube de cuivre)

• tubes en aluminium pour applications légères et économiques

délai et coût de livraison

Les plaques froides tubulaires sont simples à produire et économiques pour les commandes de petite et moyenne série. Le délai de livraison est généralement de 2 à 6 semaines, en fonction de la personnalisation et du durcissement de l'époxy.

avantages et inconvénients

avantages :

• production à faible coût et rapide

• Agencements de tubes flexibles pour des géométries variées

• convient aux applications à flux thermique faible à modéré

inconvénients :

• Rendement thermique inférieur à celui des plaques usinées CNC ou FSW

• L'uniformité thermique peut être moins idéale

• L'époxy peut se dégrader lors d'une exposition prolongée à des températures élevées.

3. plaque froide liquide brasée

principe de fonctionnement

Les systèmes de plaques froides à liquide brasé utilisent le brasage sous vide pour assembler la plaque de base et le couvercle doté de canaux de refroidissement internes. La chaleur est conduite directement dans les canaux, et les joints brasés garantissent une étanchéité parfaite et une résistance à la haute pression.

processus de fabrication

1. Composants de base et de couvercle d'estampe ou de machine.

2. appliquer une feuille ou une pâte à braser aux interfaces de contact (plaque froide liquide de brasage sous vide, plaque froide brasée sous vide).

3. Empilez et alignez l'ensemble.

4. effectuer le brasage sous vide dans un four à température contrôlée.

5. effectuer des essais de pression, des essais d'écoulement et des finitions de surface.

matériels

• alliages d'aluminium pour applications légères et à grand volume

• cuivre pour les applications exigeant des performances thermiques maximales (pièces de plaque froide à liquide en tube de cuivre)

délai et coût de livraison

Les plaques brasées à froid sont économiques pour les productions de moyenne et grande série. Les délais de livraison varient de 3 à 8 semaines, selon la taille et la complexité du lot. Le coût unitaire est modéré et la production peut être facilement industrialisée.

avantages et inconvénients

avantages :

• conception à haute fiabilité et étanche

• bonnes performances thermiques

• adapté à une production en volume moyen à élevé

inconvénients :

• flexibilité géométrique limitée du canal

• pas idéal pour les prototypes personnalisés en très petite série

4. Bloc de refroidissement liquide pour processeur

principe de fonctionnement

Les waterblocks pour processeur sont en contact direct avec la puce du processeur ou du GPU, transférant la chaleur via des microcanaux ou des ailettes. Le liquide de refroidissement circule dans ces canaux pour dissiper efficacement la chaleur. Parmi les modèles les plus courants, on trouve les plaques froides pour GPU, les plaques froides Birch Stream et les plaques froides Eagle Stream, chacune optimisée pour des flux thermiques spécifiques.

processus de fabrication

1. Usinage CNC de microcanaux ou de réseaux d'ailettes en cuivre ou en aluminium.

2. fixer la plaque de recouvrement par soudure, brasage ou compression mécanique.

3. effectuer des essais de pression et de vérification du débit.

4. Placage optionnel (nickel ou autres revêtements) pour la résistance à la corrosion.

matériels

• cuivre pour une conductivité thermique élevée

• aluminium pour blocs légers et économiques

délai et coût de livraison

Les waterblocks pour processeurs hautement personnalisés nécessitent généralement 2 à 6 semaines pour les prototypes et les petites séries. Le coût unitaire est plus élevé en raison de l'usinage CNC de précision et de la complexité des microcanaux.

avantages et inconvénients

avantages :

• excellente élimination localisée de la chaleur

• peut être adapté aux processeurs, aux cartes graphiques ou à l'électronique personnalisée.

• hautes performances pour le calcul haute densité

inconvénients :

• Coût de fabrication élevé pour de faibles volumes

• La conception complexe nécessite une expertise pointue en CNC et en thermique

résumé comparatif

cartographie des applications

• Plaque froide liquide FSW : accélérateurs IA/GPU haute puissance, dispositifs au format compact

• Plaque froide tubulaire à liquide : refroidissement industriel, systèmes de refroidissement liquide économiques, petits dispositifs embarqués

• Plaque froide brasée liquide : baies de serveurs, équipements de télécommunications, applications à densité de chaleur modérée

• Bloc de refroidissement liquide pour processeur : processeurs de bureau, cartes graphiques haut de gamme, électronique personnalisée, applications de jeu ou de station de travail

tendances et orientations futures

• Fabrication hybride : combinaison du soudage par friction-malaxage, de l'usinage CNC et du brasage pour des performances thermiques et mécaniques optimales.

• Plaques à microcanaux haute densité : augmentation de l’efficacité thermique dans les applications IA/GPU compactes.

• Impression 3D et fabrication additive : géométries internes personnalisées pour les prototypes et la production en petites séries.

• Technologies d'étanchéité avancées : brasage sous vide, soudage par friction-malaxage et remplissage à la résine époxy pour un fonctionnement fiable et étanche.

• Innovation matérielle : intégration de structures hybrides cuivre-aluminium pour des performances thermiques élevées et économiques.

questions fréquemment posées

q1: which cold plate offers the best performances thermiques?
a1: bloc de refroidissement pour processeurs and plaque froide à liquide FSWs offer the hautest thermal efficiency due to optimized microchannels and solid-state welded structures.

q2: which type plaque froide is fastest for prototyping?
a2: plaque froide à liquide tubulaire and cnc plaque froide à liquide FSW designs can be rapidly produced without expensive molds.

q3: can brazed cold plates handle haut-pressure coolants?
a3: yes. vacuum brazed cold plates are leak-proof and can withstand haut-pressure applications commonly found in data centers.

q4: should i choose copper or aluminum?
a4: copper provides superior thermal conductivity for haut heat flux applications. aluminum offers faibleer weight and coût, suitable for faible to moyen heat flux requirements.