액체 냉각 시스템의 핵심 구성 요소로서, 워터 블록의 설계는 열 교환 성능, 구조적 강도, 내식성, 누출 저항성, 비용 관리와 같은 여러 요소를 고려해야 합니다. 워터 블록은 일반적으로 복잡한 열 교환 슬롯 구조(즉, 흐름 채널)로 설계되며, 내부 흐름 채널 설계의 품질은 전체 시스템의 열 교환 효율을 직접 결정합니다.

2부: 워터 블록 설계, 가공 기술 및 과제

1- 다양한 시나리오에서 워터 블록의 설계 요구 사항

l 고성능 컴퓨팅:

고성능 컴퓨팅 장치(예: 고성능 CPU, GPU 등)는 작동 중에 많은 열을 발생시키므로 워터 블록은 효율적인 방열 기능을 가져야 합니다. 높은 열 플럭스 밀도 방열 요구 사항을 충족하기 위해 워터 블록은 일반적으로 고밀도 마이크로채널 설계를 채택하여 열 교환 면적을 늘리고 방열 효율을 개선합니다. 또한 일부 설계는 워터 블록을 CPU에 직접 통합하여 실리콘 그리스를 바르는 단계를 없애 조립 프로세스를 간소화할 뿐만 아니라 방열 성능을 더욱 향상시킵니다. 신뢰성 측면에서 워터 블록은 누출을 방지하고 장기적으로 안정적인 작동을 보장하기 위해 우수한 밀봉 성능을 가져야 합니다.

l 그래픽 카드 냉각:

그래픽 카드는 고열 발생 영역이므로 워터 블록은 그래픽 카드의 모든 열 발생 구성 요소를 효과적으로 냉각할 수 있도록 전체 커버리지 설계가 필요합니다. 동시에 그래픽 카드 냉각에는 높은 유량의 냉각수가 필요하므로 워터 블록의 내부 구조는 열을 빠르게 제거하기 위해 높은 유량을 지원해야 합니다.

l 데이터 센터:

데이터 센터에서 워터 블록의 구조적 설계는 효율적인 방열, 낮은 소음, 높은 신뢰성, 높은 전력 밀도에 대한 적응성, 지능형 관리 및 환경 적응성과 같은 여러 요구 사항을 충족해야 데이터 센터의 안정적인 작동과 효율적인 방열을 보장할 수 있습니다.

2- 워터블록 구조의 진화 추세

워터블록 구조 설계의 진화 추세는 기술 혁신과 성능 개선의 이중 추구를 반영하며, 이는 주로 다음 측면에 반영됩니다.

l 향상된 방열 성능:

접촉 면적 증가: 일부 워터 블록 설계는 가열 요소와의 접촉 면적을 늘려 방열 성능을 개선합니다. 예를 들어, 대면적 구리 기반 설계는 양호한 접촉 및 열 전도를 달성할 수 있습니다.

내부 구조 최적화: 내부 수로 최적화. 한 가지 아이디어는 일반 핀에서 스티어링 핀으로 변경하고, 긴 스트립 흐름 채널을 제공하고, 흐름 경계층 분리를 촉진하고, 경계층 두께를 줄이고, 열 교환 효율을 개선하는 것과 같이 유체 흐름을 최적화하는 것입니다. 또 다른 아이디어는 열 용량 면적을 늘리는 것입니다. 예를 들어, 기존의 거친 수로에서 마이크로채널 설계로 변경하여 냉각수와 베이스 플레이트 사이의 접촉 면적을 크게 늘리고 방열 효율을 향상시킵니다. 일부 설계에서는 냉각수를 가이드 플레이트를 통해 마이크로채널 베이스 플레이트에 분사하여 국부 흐름 속도와 난류를 증가시켜 열 흡수 효율을 크게 개선합니다.

l 통합적이고 지능적인 디자인:

통합 디자인: 통합 디자인은 워터 펌프, 히트 싱크 핀, 열 전도 베이스 및 기타 구성 요소를 통합하여 연결 지점 수를 줄이고 시스템 안정성과 방열 효율을 개선합니다.

다기능 통합: 최신 워터 블록은 방열 성능 외에도 온도 표시 및 모니터링 기능도 갖추고 있습니다.

모듈식 디자인: 모듈식 버클 구조는 편의성과 구성의 자유도를 향상시킵니다.

그림 1: 핀 두께가 다른 워터 블록 베이스

l 고성능 소재 및 마감재:

순수 구리 기반과 같은 고성능 소재를 니켈 도금과 같은 표면 처리 기술과 결합하여 사용하면 열 전도성과 내식성이 향상됩니다.

3-가공기술 및 과제

l 재료 특성은 가공에 영향을 미칩니다：

재료 경도 및 인성 문제: 구리, 알루미늄 및 합금과 같은 다양한 재료로 만든 라디에이터는 경도와 인성이 다르고 가공 도구 및 공정에 대한 요구 사항도 다릅니다. 경도가 높은 재료는 더 빨리 마모되고 더 자주 도구를 교체해야 합니다. 인성이 더 좋은 재료는 절단 중에 변형되고 버가 생기기 쉽습니다.

구리-알루미늄 복합 재료의 가공은 복잡합니다. 구리-알루미늄 복합 재료 삽 이빨 방열판은 먼저 연속 주조 반용융 상태 프레싱 기술을 사용하여 복합 재료로 만든 다음 삽 이빨 가공을 수행해야 합니다. 이 공정은 더 복잡하고 장비 및 공정에 대한 더 높은 정밀도가 필요합니다.

l 높은 차원 정확도 요구 사항

이빨 높이와 두께의 일관성을 보장하기 어려움: 일부 고밀도 이빨 방열판의 경우, 각 이빨의 높이와 두께는 방열판의 성능과 균일성을 보장하기 위해 매우 일관성이 있어야 합니다. 이빨 높이와 이빨 두께의 차이가 너무 크면 열 전달이 고르지 않고 방열 효과에 영향을 미칩니다. 가공 중에 각 이빨의 사양이 일관되도록 하려면 고정밀 장비와 자동화된 제어 시스템이 필요합니다.

이빨 간격을 제어하기 어려움: 방열판의 이빨이 너무 조밀하면 밀도와 간격이 가공 공정을 더 복잡하게 만들고 가공 장비는 이빨의 균일성을 유지하기 위해 더 높은 속도와 정밀도를 가져야 합니다. 예를 들어, 이빨 간격이 너무 작으면 공구가 절단 중에 간섭을 받기 쉽고 가공 정확도와 표면 품질에 영향을 미칩니다.

l 엄격한 표면 품질 요구 사항：

버 문제: 버는 가공 중에 쉽게 발생하여 라디에이터의 미학에 영향을 미칠 뿐만 아니라 공기 흐름을 방해하고 방열 효과를 감소시킬 수 있습니다. 버의 발생은 낮은 재료 절단 정확도, 가공 도구의 마모 등으로 인해 발생할 수 있으며, 이를 해결하기 위해 해당 디버링 공정을 채택해야 합니다.

표면 거칠기: 라디에이터의 표면 거칠기는 방열 성능과 그에 따른 표면 처리 효과에 영향을 미칩니다. 표면 거칠기가 너무 심하면 공기 흐름에 대한 저항이 증가하고 방열 효율이 감소합니다. 거칠기를 줄이기 위해 추가 표면 처리가 필요하여 가공 비용과 시간이 증가합니다.

l 높은 처리 장비 및 프로세스 요구 사항

장비 정확도 및 안정성: 기어 삽질에는 고정밀 기어 삽질 기계가 필요하며, 장비의 정확도는 치아의 치수 정확도와 표면 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 동시에 장비는 장기 가공 중 치수 일관성을 보장하기 위해 안정성이 좋아야 합니다.

공구 선택 및 마모: 적합한 공구는 가공 품질에 매우 중요합니다. 공구의 재료, 기하학적 매개변수 등은 재료 특성에 따라 선택해야 합니다. 가공 과정에서 공구 마모는 절삭력을 증가시키고, 치수 정확도를 감소시키고, 표면 거칠기를 증가시키며, 공구는 제때 조정하거나 교체해야 합니다.

이송 속도 및 절삭 깊이: 이송 속도와 절삭 깊이를 비합리적으로 설정하면 가공 결함이 쉽게 발생할 수 있습니다. 이송 속도가 너무 빠르고 절삭 깊이가 너무 크면 공구가 과부하되어 공구가 잡히거나, 공구가 튀어나오거나, 공구가 떨어지는 등의 현상이 발생하여 가공 정확도와 표면 품질에 영향을 미칩니다.

그림 2: 스키빙 프로세스

l 높은 맞춤형 요구 사항

다양한 적용 시나리오에는 라디에이터의 크기, 모양, 톱니 높이, 톱니 두께, 톱니 간격 및 기타 매개변수에 대한 요구 사항이 다르며, 이는 특정 요구 사항에 따라 맞춤화해야 합니다. 이를 위해 가공 제조업체는 다양한 맞춤형 요구 사항을 충족하기 위해 유연한 공정 조정 기능과 풍부한 경험을 갖추어야 합니다.

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