냉간판 제조 기술 및 주요 과제

데이터 센터, 전기 자동차, 에너지 저장 장치, 고성능 컴퓨팅 등 다양한 산업 분야에서 고출력 전자 장치가 지속적으로 발전함에 따라 열 관리는 시스템 신뢰성과 효율성에 매우 중요한 요소가 되었습니다. 기존의 공랭식 냉각 방식은 오늘날의 고열 환경에 더 이상 적합하지 않습니다. 따라서 액체 냉각식 방열판이라고도 불리는 액체 냉각판은 최신 냉각 시스템의 핵심 구성 요소가 되었습니다.

본 기사는 액체 냉각판 기술에 대한 포괄적인 개요를 제공하며, 작동 원리, 일반적인 냉각판 유형, 제조상의 어려움 및 고급 접합 공정을 다룹니다. 이 기사는 엔지니어와 의사 결정권자들이 액체 냉각판 솔루션을 더 잘 이해하고 각자의 용도에 가장 적합한 방식을 선택하는 데 도움을 주기 위해 작성되었습니다.

1. 액체 냉각판이란 무엇인가요?

액체 냉각판(액체 냉각 플레이트 또는 수냉식 냉각판이라고도 함)은 내부 채널을 통해 냉각수를 순환시켜 고출력 부품에서 열을 제거하는 열 전달 장치입니다.

냉판 냉각의 기본 작동 원리는 다음과 같습니다.

1. CPU, GPU, 전원 모듈 또는 배터리와 같은 전자 부품에서 열이 발생합니다.

2. 열은 직접 접촉을 통해 장치에서 차가운 판형 방열판으로 전달됩니다.

3. 냉각수는 내부 채널을 통해 흐르면서 열을 흡수하고 제거합니다.

4. 가열된 액체는 열 방출을 위해 외부 열교환기로 전달됩니다.

공랭식과 비교했을 때, 수랭식 냉각판은 다음과 같은 이점을 제공합니다:

• 더 높은 열전달 효율

• 보다 균일한 온도 분포

• 소형 시스템 통합

• 높은 열유속 환경에서 탁월한 성능을 발휘합니다.

컴퓨팅 애플리케이션에서 CPU 워터 블록, CPU 쿨링 블록 및 GPU 워터 블록 설계에는 동일한 원리가 적용되며, 소형 워터 블록이 프로세서를 직접 냉각합니다.

2. 일반적인 액체 냉각판 유형 및 그에 따른 문제점

다양한 응용 분야에는 서로 다른 액체 냉각판 구조가 필요합니다. 재료 선택, 내부 채널 설계 및 제조 방법은 성능, 비용 및 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다.

2.1 튜브인플레이트 액체 냉각판

튜브인플레이트 설계는 금속 튜브를 베이스 플레이트에 내장하여 냉각수 통로를 형성합니다.

장점:

• 단순 구조

• 낮은 제조 비용

• 저전력에서 중전력 애플리케이션에 적합합니다.

과제:

• 채널 밀도가 제한되면 냉각 효율이 저하됩니다.

• 다수의 열 인터페이스는 열 저항을 증가시킵니다.

• 구리 튜브와 알루미늄 판의 조합은 갈바닉 부식을 일으킬 수 있습니다.

• 고성능 냉각판 냉각 시스템에는 적합하지 않습니다.

2.2 건드릴 액체 냉각판

건드릴링은 단단한 금속판 내부에 직선형 채널을 만들고, 그 끝부분을 밀봉합니다.

장점:

• 높은 기계적 강도

• 매끄러운 내부 채널 표면

• 적당한 열 부하에 대해 안정적입니다.

과제:

• 직선형 채널은 설계 유연성을 제한합니다.

• 500mm보다 긴 판재를 높은 정밀도로 제조하는 것은 어렵다

• 끝부분 마개는 누출 가능성이 있는 지점입니다.

• 복잡한 열 설계에는 적합하지 않음

2.3 브레이징 액체 냉각판

액체 냉각판을 브레이징하여 제작하는 방법은 베이스 플레이트에 유로를 가공하고 진공 브레이징을 통해 커버 플레이트를 영구적으로 접합하는 것입니다.

장점:

• 복잡한 내부 채널 설계를 가능하게 합니다

• 뛰어난 열 성능

• 균일한 온도 분포

• 고급 액체 냉각판 냉각 시스템에 일반적으로 사용됩니다.

과제:

• 고가의 진공 브레이징로가 필요합니다.

• 긴 생산 주기(배치당 6~8시간)

• 표면 청결도 및 공정 제어에 대한 높은 민감도

• 높은 제조 비용과 제한된 유연성

2.4 내장형 튜브 냉각판

이 설계에서는 구부러진 튜브를 베이스 플레이트에 압착, 브레이징 또는 접착합니다.

장점:

• 표면 장착형 튜브보다 채널 라우팅이 더 유연함

• 알루미늄, 구리 또는 스테인리스강 튜브와 호환됩니다.

과제:

• 복잡한 조립 공정

• 품질의 일관성은 작업자의 숙련도에 크게 좌우됩니다.

• 납땜으로 제작된 제품은 비용이 많이 들고 수리가 어렵습니다.

3. 액체 냉각판 제조 공정 비교

액체 냉각판의 성능과 신뢰성은 접합 및 밀봉 기술에 크게 좌우됩니다. 다양한 제조 방법에는 각각 뚜렷한 장단점이 있습니다.

3.1 일반적인 접합 기술

3.2 액체 냉각판용 마찰 교반 용접

마찰교반용접(FSW)은 재료를 녹이는 대신 기계적 마찰을 통해 열을 발생시키는 고체 상태 접합 공정입니다.

액체 냉각판 제조의 주요 이점은 다음과 같습니다.

• 녹지 않고 원래의 열전도율을 유지합니다.

• 밀도가 높고 기포가 없는 용접부로 누출 위험이 거의 없습니다.

• 높은 기계적 강도, 기본 재료에 가까움

• 짧은 용접 주기, 자동화에 이상적

• 제조 비용이 브레이징보다 2~10배 저렴합니다.

fsw는 OEM 액체 냉각판, ODM 액체 냉각판 및 대량 맞춤형 냉각판에 점점 더 많이 채택되고 있습니다.

4. 적용 시나리오

액체 냉각판은 고성능 열 관리가 요구되는 다양한 분야에 널리 사용됩니다. 이러한 분야에는 다음이 포함됩니다.

• 데이터 센터 및 서버(CPU 쿨링 블록, 최고의 CPU 수랭 블록 솔루션)

• AI 가속기 및 워터블록 시스템을 갖춘 GPU

• 전기 자동차 전력 전자 장치

• 배터리 팩 및 에너지 저장 시스템

• 통신 장비 및 5G 인프라

• 산업용 전원 공급 장치 및 인버터

5. 액체 냉각판 선택 시 주요 요소

맞춤형 액체 냉각판을 선택할 때 다음과 같은 요소를 평가해야 합니다.

• 열 부하 및 열유속 밀도

• 냉각수 종류 및 작동 압력

• 환경 조건

• 신뢰성 및 수명 요구사항

• 비용 목표 및 생산량

• 맞춤 설정 및 통합 요구 사항

경험이 풍부한 액체 냉각판 제조업체와 협력하면 성능, 신뢰성 및 비용 간의 최적의 균형을 확보할 수 있습니다.

액체 냉각판은 최신 냉각판 액체 냉각 시스템에서 매우 중요한 구성 요소입니다. 튜브 인 플레이트 및 건드릴 방식과 같은 전통적인 솔루션은 특정 용도에 여전히 적합하지만, 진공 브레이징 및 마찰 교반 용접과 같은 첨단 공정이 업계를 선도하고 있습니다.

이 중에서 마찰교반용접 액체냉각판은 다음과 같은 점에서 최상의 균형을 제공합니다.

• 열 성능

• 기계적 강도

• 누출 없는 신뢰성

• 비용 효율성

고성능 냉각에 대한 수요가 지속적으로 증가함에 따라 맞춤형 콜드 플레이트, OEM 액체 콜드 플레이트 및 ODM 액체 냉각 플레이트는 차세대 열 관리 솔루션에서 점점 더 중요한 역할을 할 것입니다.