Als Schlüsselkomponente des Flüssigkeitskühlsystems muss das Design des Wasserblocks mehrere Faktoren berücksichtigen, wie Wärmeaustauschleistung, strukturelle Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Leckagefestigkeit und Kostenkontrolle. Der Wasserblock ist normalerweise mit einer komplexen Wärmeaustauschschlitzstruktur (d. h. Strömungskanal) ausgestattet, und die Qualität seines internen Strömungskanaldesigns bestimmt direkt die Wärmeaustauscheffizienz des gesamten Systems.

Teil 2: Wasserblockdesign, Verarbeitungstechnologie und Herausforderungen

1-Designanforderungen für Wasserblöcke in verschiedenen Szenarien

l Hochleistungs-Computing:

Hochleistungs-Computing-Geräte (wie Hochleistungs-CPUs, GPUs usw.) erzeugen während des Betriebs viel Wärme, daher muss der Wasserblock über effiziente Wärmeableitungsfähigkeiten verfügen. Um die Anforderungen an die Wärmeableitung mit hoher Wärmestromdichte zu erfüllen, verwendet der Wasserblock normalerweise ein hochdichtes Mikrokanaldesign, um die Wärmeaustauschfläche zu vergrößern und die Wärmeableitungseffizienz zu verbessern. Darüber hinaus integrieren einige Designs den Wasserblock direkt auf der CPU, wodurch der Schritt des Auftragens von Silikonfett entfällt, was nicht nur den Montageprozess vereinfacht, sondern auch die Wärmeableitungsleistung weiter verbessert. In Bezug auf die Zuverlässigkeit muss der Wasserblock eine hervorragende Abdichtungsleistung aufweisen, um Leckagen zu verhindern und einen langfristig stabilen Betrieb zu gewährleisten.

l Kühlung der Grafikkarte:

Grafikkarten sind Bereiche, die viel Wärme erzeugen. Daher muss der Wasserblock ein Design haben, das die gesamte Wärme abdichtet, damit alle wärmeerzeugenden Komponenten auf der Grafikkarte effektiv gekühlt werden können. Gleichzeitig erfordert die Kühlung der Grafikkarte eine hohe Durchflussrate des Kühlmittels. Daher muss die innere Struktur des Wasserblocks eine hohe Durchflussrate unterstützen, um die Wärme schnell abzuführen.

l Rechenzentrum:

In Rechenzentren muss die strukturelle Gestaltung von Wasserblöcken mehrere Anforderungen erfüllen, wie etwa effiziente Wärmeableitung, geringe Geräuschentwicklung, hohe Zuverlässigkeit, Anpassungsfähigkeit an hohe Leistungsdichte, intelligentes Management und Anpassungsfähigkeit an die Umgebung, um einen stabilen Betrieb und eine effiziente Wärmeableitung von Rechenzentren zu gewährleisten.

2- Entwicklungstrend der Wasserblockstruktur

Der Entwicklungstrend des Wasserblockstrukturdesigns spiegelt das duale Streben nach technologischer Innovation und Leistungsverbesserung wider, was sich hauptsächlich in den folgenden Aspekten widerspiegelt:

l Verbesserte Wärmeableitungsleistung:

Kontaktfläche vergrößern: Einige Wasserblockdesigns verbessern die Wärmeableitungsleistung, indem sie die Kontaktfläche mit dem Heizelement vergrößern. Beispielsweise kann ein großflächiges Kupferbasisdesign einen guten Kontakt und eine gute Wärmeleitung erreichen.

Optimieren Sie die interne Struktur: Optimieren Sie den internen Wasserkanal. Eine Idee besteht darin, den Flüssigkeitsfluss zu optimieren, beispielsweise durch den Wechsel von gewöhnlichen Lamellen zu Lenklamellen, wodurch ein langer Streifenströmungskanal entsteht, die Trennung der Strömungsgrenzschicht gefördert, die Dicke der Grenzschicht verringert und die Wärmeaustauscheffizienz verbessert wird. Eine andere Idee besteht darin, die Wärmekapazitätsfläche zu vergrößern, beispielsweise durch den Wechsel von herkömmlichen groben Wasserkanälen zu einem Mikrokanaldesign, wodurch die Kontaktfläche zwischen dem Kühlmittel und der Grundplatte erheblich vergrößert und die Wärmeableitungseffizienz verbessert wird. Bei einigen Designs wird das Kühlmittel durch eine Führungsplatte auf die Mikrokanalgrundplatte gesprüht, um die lokale Strömungsgeschwindigkeit und Turbulenz zu erhöhen und die Wärmeabsorptionseffizienz erheblich zu verbessern.

l Integriertes und intelligentes Design:

Integriertes Design: Das integrierte Design integriert Wasserpumpe, Kühlrippen, Wärmeleitbasis und andere Komponenten miteinander, um die Anzahl der Verbindungspunkte zu reduzieren und die Systemstabilität und Wärmeableitungseffizienz zu verbessern.

Multifunktionale Integration: Neben der Wärmeableitungsleistung verfügen moderne Wasserblöcke auch über Temperaturanzeige- und Überwachungsfunktionen.

Modulares Design: Die modulare Schnallenstruktur verbessert den Komfort und die Organisationsfreiheit.

Abbildung 1: Wasserblocksockel mit unterschiedlichen Lamellenstärken

l Hochleistungsmaterialien und -oberflächen:

Die Verwendung von Hochleistungsmaterialien wie reinem Kupfer in Kombination mit Oberflächenbehandlungstechnologien wie Vernickeln verbessert die Wärmeleitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit.

3-Verarbeitungstechnologie und Herausforderungen

l Materialeigenschaften beeinflussen die Verarbeitung:

Probleme mit Härte und Zähigkeit des Materials: Heizkörper aus verschiedenen Materialien wie Kupfer, Aluminium und deren Legierungen weisen unterschiedliche Härte und Zähigkeit auf und stellen unterschiedliche Anforderungen an die Werkzeuge und Prozesse der Verarbeitung. Materialien mit höherer Härte verschleißen schneller und erfordern häufigere Werkzeugwechsel; Materialien mit besserer Zähigkeit neigen beim Schneiden zu Verformungen und Graten.

Die Verarbeitung von Kupfer-Aluminium-Verbundwerkstoffen ist komplex: Schaufelzahn-Kühlkörper aus Kupfer-Aluminium-Verbundwerkstoffen müssen zunächst mithilfe der Strangguss-Halbschmelzpresstechnologie zu Verbundwerkstoffen verarbeitet werden, und dann wird eine Schaufelzahnverarbeitung durchgeführt. Der Prozess ist komplizierter und erfordert eine höhere Präzision der Geräte und Prozesse.

l Hohe Anforderungen an die Maßgenauigkeit

Es ist schwierig, die Konsistenz von Zahnhöhe und -dicke sicherzustellen: Bei einigen hochdichten Zahnkühlkörpern müssen Höhe und Dicke jedes Zahns sehr konsistent sein, um die Leistung und Gleichmäßigkeit des Kühlkörpers sicherzustellen. Wenn der Unterschied in Zahnhöhe und Zahndicke zu groß ist, führt dies zu einer ungleichmäßigen Wärmeübertragung und beeinträchtigt den Wärmeableitungseffekt. Während der Verarbeitung sind hochpräzise Geräte und automatisierte Steuerungssysteme erforderlich, um sicherzustellen, dass die Spezifikationen jedes Zahns konsistent sind.

Es ist schwierig, den Zahnabstand zu kontrollieren: Wenn die Zähne auf dem Kühlkörper zu dicht sind, erschweren ihre Dichte und ihr Abstand den Verarbeitungsprozess, und die Verarbeitungsgeräte müssen schneller und präziser sein, um die Gleichmäßigkeit der Zähne aufrechtzuerhalten. Wenn beispielsweise der Zahnabstand zu klein ist, ist das Werkzeug beim Schneiden anfällig für Störungen, was die Verarbeitungsgenauigkeit und Oberflächenqualität beeinträchtigt.

l Strenge Anforderungen an die Oberflächenqualität

Gratproblem: Während der Verarbeitung entstehen leicht Grate, die nicht nur die Ästhetik des Heizkörpers beeinträchtigen, sondern auch den Luftstrom behindern und die Wärmeableitung verringern können. Die Entstehung von Graten kann durch geringe Materialschneidegenauigkeit, Verschleiß der Verarbeitungswerkzeuge usw. verursacht werden und muss durch entsprechende Entgratungsprozesse behoben werden.

Oberflächenrauheit: Die Oberflächenrauheit des Heizkörpers beeinträchtigt seine Wärmeableitungsleistung und die nachfolgenden Oberflächenbehandlungseffekte. Eine übermäßige Oberflächenrauheit erhöht den Widerstand gegen den Luftstrom und verringert die Wärmeableitungseffizienz. Um die Rauheit zu verringern, ist eine zusätzliche Oberflächenbehandlung erforderlich, was die Verarbeitungskosten und -zeit erhöht.

l Hohe Anforderungen an Verarbeitungsgeräte und -prozesse

Genauigkeit und Stabilität der Geräte: Das Zahnradschaufeln erfordert eine hochpräzise Zahnradschaufelmaschine, und die Genauigkeit der Geräte wirkt sich direkt auf die Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität der Zähne aus. Gleichzeitig muss das Gerät eine gute Stabilität aufweisen, um die Maßkonsistenz während der Langzeitverarbeitung sicherzustellen.

Werkzeugauswahl und -verschleiß: Geeignete Werkzeuge sind entscheidend für die Verarbeitungsqualität. Das Material, die geometrischen Parameter usw. des Werkzeugs müssen entsprechend den Materialeigenschaften ausgewählt werden. Während des Verarbeitungsprozesses führt Werkzeugverschleiß zu erhöhter Schnittkraft, verringerter Maßgenauigkeit und erhöhter Oberflächenrauheit, und das Werkzeug muss rechtzeitig angepasst oder ausgetauscht werden.

Vorschubgeschwindigkeit und Schnitttiefe: Unangemessene Einstellungen von Vorschubgeschwindigkeit und Schnitttiefe können leicht zu Verarbeitungsfehlern führen. Wenn die Vorschubgeschwindigkeit zu hoch und die Schnitttiefe zu groß ist, wird das Werkzeug überlastet, was zu einem Werkzeugreißen, Werkzeugspringen, Werkzeugabfall usw. führt, was die Verarbeitungsgenauigkeit und Oberflächenqualität beeinträchtigt.

Abbildung 2: Schälprozess

l Hohe Anpassungsanforderungen

Verschiedene Anwendungsszenarien stellen unterschiedliche Anforderungen an Größe, Form, Zahnhöhe, Zahndicke, Zahnabstand und andere Parameter des Kühlers, die entsprechend den spezifischen Anforderungen angepasst werden müssen. Dies erfordert vom verarbeitenden Hersteller flexible Prozessanpassungsmöglichkeiten und umfassende Erfahrung, um den unterschiedlichen Anpassungsanforderungen gerecht zu werden.

Wir werden regelmäßig Informationen und Technologien zu Wärmedesign und Leichtbau aktualisieren und mit Ihnen teilen. Vielen Dank für Ihr Interesse an Walmate.