专门为您的应用制作冷板的注意事项
An extreme performance requirement occurs when the specified performance cannot be uniformly applied across the entire cold plate or the pressure drop and/or cost of a compliant cold plate would be too high. The thermal map, or distribution of heat loads, may have one or several areas with high heat loads. If there are pressure drop requirements, cold plate surface temperature uniformity requirements, special shape or interface requirements, or cost limitations that eliminate a standard cold plate design, then a custom cold plate is the solution. Understanding cold plate technologies, thermal specifications, and the steps involved in the design process will help to optimize the custom cold plate design so it provides a great blend of value and performance.冷板技术
Performance requirements generally dictate choice of cold plate technology and design, and cold plate technology will drive cold plate cost. Generally, cold plate cost will increase with improving performance. Cold plate technologies include Press-Lock™ tubed, Hi-Contact ™, gun-drilled with or without expanded tubes, channeled, and brazed with internal fin. These technologies are listed in order of what is typically increasing cold plate efficiency and cost:Press-Lock™管式冷板
Press-Lock™管式冷板具有压入槽形铝挤压型材中的铜或不锈钢管(参见图2)。定制的管式冷板几乎可以按任何形状或大小设计并且可以定制设计流体路径以实现最佳的散热性能。还可以加入定制的涂层、机加工、钻孔和攻丝。

归一化性能曲线
Hi-Contact™液冷板利用板内获得专利的压管几何形状来提供高效的热传递。这项技术优化了管与冷却表面的接触面积,以传递最多的热量到液体中。Hi-Contact™构造最大程度地降低了热环氧树脂粘合线的厚度,从而使更多的热量从铝板传递到管中。管可采用铜、铝和不锈钢,它们可根据应用针对各种流体路径和直径进行定制。注意事项
枪钻式冷板是通过穿透铝板钻孔,并且在适用时插入和扩展铜管或不锈钢管而制成的。这产生可以钻孔或攻丝的双面冷板。枪钻式冷板的一个额外优势在于,与管式冷板相比,它们具有更严格的公差,专门用于满足平整度需求(图3)。


槽式冷板
槽式冷板是具有多槽、机加工槽,或其它方法成型槽的挤出件。挤出工艺只能提供直槽,但机加工和其它新型金属切割方法可以提供更高效的形状。槽式冷板可以按任何长度制造并且呈梯形构型组装或集成到底板中以实现大面积冷却(图4)。还可以对它们进行转化涂布或阳极化处理以增加保护。已经针对所需阻抗、压降和流量的不同范围开发了若干种槽型(图5)。内部翅片式钎焊冷板
内部翅片式钎焊冷板由两块与内部翅片冶金粘结在一起的板组成。它们可以用各种翅片密度和形状(平面式、百叶窗式、偏移开缝式等)进行真空钎焊。这种内部翅片(诸如CP30冷板内的翅片)增加了宝贵的热传递表面并增加了流体的湍流。钎焊式冷板通常具有最大的设计灵活性。(参见图6)。
液冷板设计过程中的主要散热注意事项
冷板散热规格
除了四种类型的冷板技术外,还存在下列四种散热需求情景:
- 均匀热通量、固定流速、1个最大压降、1个最大表面温度 -在第一种散热情景下,存在均匀的输入热通量、一个固定流速、一个在固定流速下限制的指定最大压降,以及一个不需要表面温度均匀的指定最大表面温度。
- 与 1 相同,但热通量不均匀 - 热方案 2 与方案 1 具有相同的规格,但热负荷变化而不是均匀。热负荷集中在组件下方或特定区域的多个位置
- 与1相同,但表面温度最大值有变化-第三种散热情景也具有与第一种相同的规格,但是第三种指定了在整个冷板上都变化不一的最大表面温度,通常各个组件的温度各不相同。
- 与1、2或3相同,但需要均匀的表面温度-在第四种散热情景下,散热规格可能与第一、二或三种相同,但另有其他要求:在整个冷板上或特定组件下,最大表面温度必须均匀。例如,如果在冷板上安装两种类型的组件,则每种组件类型的共用组件必须具有均匀温度,但是两种类型可能具有不同的最大表面温度。
冷板第2和3种散热情景是定制冷板设计中最常遭遇的情景。按复杂性和成本增加的顺序列出第1到4种情景。
在设计任何规格的定制冷板时,大多数散热专家所采取的逻辑步骤是定义热图,生成液体回路概念,计算温度升高和压降,并且在必要时改变液体回路路线。
液冷板设计过程中的主要散热注意事项
形成液体回路概念
下一步是基于液体回路概念形成第一次迭代。液体回路必须提供必要的性能,以冷却液体回路上具有最高热通量的组件及其后的每个组件。另外,液体回路必须在指定的流速和可接受的压降下实现这些性能。有时可以使用诸如液体串联通路不均匀的宽度、各个组件下翅片的不同密度,以及翅片的不同高度和类型等技术来满足性能和压降的竞争性需求。翅片的几何形状和高度决定了“翅片效率”,或者它向液体传递热量的效果。
有时,高热通量组件的形状(例如,大的圆形覆盖区域)需要改变路径宽度上自然的均匀流量分布,强制形成不均匀的分布,这可以通过在路径宽度上使用不同长度的翅片或不同的翅片密度来实现。在下一个组件之前,应设计一些液体均衡池(即混合池)。另一个流体分布挑战是需要在流体路径中设置岛以容纳组件安装。上文提及的任何复杂因素都会增加冷板的成本,原因是需要增加翅片件数量、腔中的多个深度、多个翅片成型设备安装以及EDM切割。
降低复杂性和成本
某些散热或机械需求可能会迫使产生液体回路不合逻辑的路径,从而增加复杂性和冷板成本。例如,应用经常具有液体回路必须绕过的预定安装孔位置,和/或固定的组件以及流体入口和出口位置,这就严重限制了液体回路的选择。通常,设计越灵活,冷板设计就越容易,并且将实现更多的成本节省。通过与印刷电路板设计师或电气工程师密切合作,散热工程师可以提供有关组件间距和位置的信息,以确保他们在设计时考虑到电和热需求。这可以显著简化冷板设计并降低成本。有关冷板成本的更多信息,请参见我们的应用说明“冷板制造成本动因”。
It’s important to understand the various design techniques that allow a custom cold plate solution to meet the most challenging thermal and mechanical requirements. With thousands of permutations for a custom cold plate design, skilled engineering is key. Flexibility with the location of inlets and outlets, proper fluid circuit routing, and the use of fin or channels can help to create a thermal solution that provides great value for the application. As heat loads become more and more concentrated and the space allocated for cooling becomes smaller and smaller, custom cold plates will be used more and more to meet applications’ unique liquid cooling needs. Aavid, Thermal Division of Boyd Corporation has decades of experience designing and manufacturing custom cold plates for printed circuit boards and other electronics and ensuring their high thermal performance requirements and cost limits are met or exceeded.
Learn more about our different Liquid Cold Plate solutions in our Liquid Cold Plate Section.