Lorsque votre équipement comporte plusieurs points chauds et que ceux-ci sont indépendants, ont des puissances dissipées différentes ou nécessitent un refroidissement isolé, les traditionnelles plaques liquides à circuit unique montrent leurs limites. La plaque liquide à tubes de cuivre encastrés avec multiples circuits est alors la solution clé pour résoudre cette problématique.

1-Pourquoi opter pour des circuits multiples ? Trois scénarios qui ciblent les défis

a. Isoler les interférences thermiques pour garantir les performances des unités critiques

Lorsque des composants comme les IGBT et les diodes, ou les CPU et GPU, sont densément regroupés, un circuit de refroidissement unique entraîne un “transfert de chaleur” croisé entre eux. Ce phénomène contraint les composants à basse température à fonctionner dans un environnement surchauffé. La conception multi-circuits équivaut à doter chaque dispositif d'un “système de climatisation dédié”, éliminant ainsi toute interférence thermique. Elle garantit que chaque unité fonctionne dans sa plage de température optimale, améliorant ainsi les performances et la stabilité globales du système.

b. Mettre en œuvre la redondance pour construire une architecture haute fiabilité

Dans les domaines où la fiabilité est primordiale (comme les serveurs ou les stations de base de télécommunications), la défaillance d'un unique circuit de refroidissement peut entraîner l'arrêt du système. La conception multi-circuits permet de construire un système de refroidissement redondant de type “N+1”. Si un circuit vient à tomber en panne, les autres circuits peuvent continuer à assurer une capacité de refroidissement de base, gagnant un temps précieux pour la maintenance et constituant ainsi la pierre angulaire d'une conception à haute disponibilité.

c. S'adapter aux layouts atypiques et aux besoins de refroidissement différenciés

Face à des sources de chaleur disposées de manière irrégulière, un circuit unique peine à assurer une dissipation thermique uniforme. La solution multi-circuits permet une approche “sur mesure”. Vous pouvez personnaliser avec flexibilité le trajet de chaque tube de cuivre en fonction de la forme et de la disposition réelles des sources de chaleur, couvrant ainsi avec précision chaque point chaud via un cheminement de fluide optimal. Parallèlement, il est possible d'affecter un débit plus important aux circuits refroidissant les composants à haute puissance, et un débit moindre à ceux refroidissant les composants à faible puissance, permettant une allocation optimale des ressources de refroidissement.

Figure 1 : Plaque de refroidissement liquido multi-circuit à tubes de cuivre intégrés

2-Conception et fabrication : Comment équilibrer performance et fiabilité dans un espace restreint ?

Dans une conception multi-circuits, l'espacement entre les canaux est un facteur clé qui détermine le succès ou l'échec.

a. Limite thermique : Prévenir le “court-circuit thermique”

Si l'espacement entre les canaux adjacents est trop faible, même si les canaux sont indépendants, la chaleur se transmettra rapidement à travers la plaque d'aluminium située entre eux, réduisant considérablement l'efficacité de l'isolation. Grâce à des simulations et des tests, nous avons établi un principe d'espacement de base ≥ 1,5 fois le diamètre du tube pour garantir l'indépendance thermique.

b. Ligne rouge structurelle : Préserver la « ligne de vie » de la résistance à la pression

La plaque d'aluminium entre les canaux est le maillon faible qui résiste à la pression interne. Un espacement trop étroit entraîne une résistance mécanique insuffisante des nervures, présentant un risque de déchirure sous les chocs de pression. Grâce à des simulations de contraintes mécaniques, nous garantissons que la contrainte entre les canaux reste bien en deçà de la limite d'élasticité du matériau dans toutes les conditions de fonctionnement, éliminant ainsi tout risque de “rupture de plaque”.

Figure 2 : Plaque de refroidissement liquido à tubes de cuivre intégrés

c. Limite technologique : Garantir une “fabrication de précision”

Un espacement étroit représente un défi considérable pour les outils de fraisage. Forts d'une riche expérience en fabrication, nous corrélons l'espacement au diamètre de l'outil. Cela nous permet d'assurer un usinage efficace tout en obtenant des parois de rainures lisses et planes, posant ainsi les bases pour la nidification serrée des tubes de cuivre et une association à faible résistance thermique.

3- Points clés de la mise en œuvre technique

La réussite d'une conception multi-circuits nécessite de maîtriser les points essentiels suivants :

a. Conception collaborative

Il est recommandé d'intégrer les considérations thermiques et mécaniques dès la phase conceptuelle. Il faut prendre en compte de manière globale la disposition des canaux, la résistance structurelle et les capacités de fabrication afin d'éviter des modifications de conception ultérieures.

b. Contrôle du procédé

• Utiliser une fraisage CNC de haute précision pour garantir la tolérance sur la largeur des rainures et la qualité de surface.

• Recourir à la technique de cintrage de tube avec mandrin pour assurer la libre circulation et l'uniformité de l'épaisseur de paroi du tube de cuivre après pliage.

• Appliquer un processus fiable de nidification et de fixation pour empêcher tout déplacement des tubes de cuivre dans des conditions de vibration.

c. Vérifications et tests

Un système complet de tests comprend :

• Test d'étanchéité à l'air à 100%

• Test des caractéristiques débit-perte de charge

• Validation des performances thermiques (résistance thermique)

• Test de pression d'éclatement

En résumé, la plaque watercooling à tubes de cuivre encastrés avec multiples circuits est une solution performante pour résoudre les problèmes de dissipation de chaleur complexes avec de multiples sources de chaleur. La clé du succès réside dans une compréhension approfondie de sa logique de conception et dans la recherche du meilleur équilibre entre performance et fiabilité.

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