公開された： 2025-08-23 起源： パワード
高性能エレクトロニクスの世界では、熱の管理はもはや二次的な考慮事項ではありません。これは主要な設計上の課題です。コンポーネントがより強力でコンパクトになるにつれて、従来の空冷方法はしばしばそれらの制限を超えて押されます。これは、より堅牢で効率的なテクノロジーが中心的なステージ、つまり 液体コールドプレートの舞台です。しかし、それは何ですか、そしてなぜそれが電気自動車から医療技術まで、産業のエンジニアにとって不可欠なツールになるのでしょうか？
液体 コールドプレート は、循環流体を使用して熱エネルギーを熱発生装置から吸収および輸送するアクティブな熱交換器です。コンポーネントから流動冷却表面への直接的な導電性パスを作成することにより、空気と比較して冷却性能の量子飛躍を提供し、より強力で信頼性があり、コンパクトなデザインを可能にします。
記事
• コールドプレートシステムの基本的なコンポーネントは何ですか？
• アプリケーションに理想的なコールドプレートをどのように選択しますか？
• なぜあなたのサーマル管理パートナーとしてWinshare Thermalを選択するのですか？
小型化のための容赦ないドライブと電子機器の電力密度の向上により、熱のボトルネックが生成されました。 IGBT、CPU、GPU、高出力バッテリーなどのコンポーネントは、小さな領域で計り知れない熱を生成します。ヒートシンクやファンを介して周囲の空気に熱を放散することに依存する空冷は、基本的な物理的制限に直面しています。空気の熱容量は低いため、液体のように効果的に熱を吸収して運ぶことができません。
空気冷却が不十分な場合、デバイスはスロットされ（パフォーマンスが低い）、さらに間隔を空けているか、非現実的に大きくてノイズの多いファンシステムを装備する必要があります。これにより、製品のパフォーマンス、信頼性、フォームファクターが損なわれる可能性があります。液体冷却は、大幅に高い熱伝達係数を提供することにより、これらの課題に直接対処し、コンパクトで静かな方法で高熱フラックスを効率的に管理できるようにします。
液体コールドプレートの背後にある原理は、伝導と対流という2つの基本的な熱伝達モードを組み合わせて、エレガントにシンプルです。プロセスは、最大の熱除去のために設計された連続サイクルで展開されます。
まず、熱生成コンポーネント（たとえば、IGBTモジュールまたはバッテリーセル）が、コールドプレートの平らな表面に直接取り付けられます。熱はコンポーネントからプレートに 伝導を介して移動します。この初期転送の効率は、表面の平坦性と、微視的な空気ギャップを埋めるための熱界面材料（TIM）の使用に依存します。
次に、水グリコール混合物などのクーラントが、プレート内に埋め込まれた内部チャネルまたはチューブのネットワークを介して汲み上げられます。流体が流れると、を通じてプレートの内壁からの熱を吸収します 対流。暖かい液体はプレートを出て、リモート熱交換器（ラジエーターのような）に移動し、そこで熱を周囲環境に放出してから、冷たいプレートに再循環してサイクルを繰り返します。
コールドプレート自体はシステムのコアですが、適切な機能を確保するいくつかの重要な機能で構成されています。これらのコンポーネントを理解することは、その設計とパフォーマンスを評価するために重要です。
• 取り付け面： これは、熱源が付着している平らで精密にマシンされた領域です。その材料と表面仕上げは、熱抵抗を最小限に抑えるために重要です。
• 内部フローパス： これは、クーラントが流れるプレート内のチャネルまたはチューブのネットワークです。このパスの設計は、表面積と流体乱流を最大化するために設計されており、圧力降下のバランスをとりながら熱伝達を強化します。
• インレットとアウトレットポート： これらは、クーラントがコールドプレートを出て出る接続ポイントです。それらは、内部チャネル全体で流体分布を確保するために慎重に配置されています。
• 基本材料： 通常、アルミニウムまたは銅で作られたコールドプレートのボディは、構造の完全性と熱伝導の主要な媒体を提供します。
すべての液体コールドプレートが等しく作成されるわけではありません。製造方法は、パフォーマンス、コスト、設計の柔軟性に大きな影響を与えます。 Winshare Thermalでは、さまざまな高度な技術を活用して、各ユニークなアプリケーションに最適なソリューションを設計します。
製造技術 | 説明 | 利点 | |
チューブインプレート | チューブ（通常は銅またはステンレス鋼）がチャネル付きのアルミニウムベースプレートに押し込まれます。 | 費用対効果が高く、中程度の熱負荷に適しており、幅広いクーラントと互換性があります。 | 医療機器、産業電源、中程度の密度エレクトロニクス。 |
機械加工 /摩擦攪拌溶接（FSW） | 高機械付きチャネルを備えたベースプレートと上部プレートがFSWを使用して結合される2ピースデザイン。 | 優れた熱パフォーマンス、漏れ防止ジョイント、複雑なフローパスの高い設計柔軟性、堅牢で信頼性。 | EV/ESSバッテリー冷却、IGBTモジュール、データセンターなどの高出力アプリケーション。 |
ろう付けまたはタクシー（制御された大気ろう付け） | 制御された炉環境でフィラー金属を使用して、刻印または機械加工されたコンポーネントの複数の層が結合されます。 | 最大の表面積と性能のために、複雑で多層内部構造（例えば、フィン）を可能にします。 | 非常に高熱フラックスアプリケーション、コンパクトで軽量のパフォーマンス批判的なデザイン。 |
キャスト | 溶融金属は、多くの場合、統合されたフローチャネルを備えたネットシェープパーツを作成するために金型に強制されます。 | 大量生産、ユニットごとのコストが少ないため、取り付け機能が統合されます。 | 自動車用途、家電、および大量生産を必要とするシナリオ。 |
材料とクーラントの選択は、熱性能、体重、コスト、化学的互換性のバランスをとる重要なエンジニアリングの決定です。
一般的なプレート材料：
• アルミニウム： 熱伝導率、低重量、および費用対効果の優れたバランスのために最も一般的な選択。簡単に機械加工され、押し出され、溶接されます。
• 銅： アルミニウムの熱伝導率のほぼ2倍を提供するため、非常に高い熱流束を持つアプリケーションには好ましい選択肢になります。しかし、それはより重く、より高価です。
一般的なクーラント液：
• 脱イオン水： 高熱容量を持つ優れた熱液ですが、腐食性と低凍結点には阻害剤と慎重なシステム設計が必要です。
• 水グリコール混合物： エチレングリコール（EGW）またはプロピレングリコール（PGW）を水に添加することにより、凍結点が低下し、腐食保護が追加され、ほとんどの産業用および自動車用途では多用途で人気のある選択肢になります。
• 誘電体流体： これらの非導電性液は、クーラントがライブエレクトロニクスと直接接触する可能性のある用途で使用され、電気の安全性を確保します。
空気から液体冷却への移行は、新しいレベルのパフォーマンスと設計の自由のロックを解除する多くの利点を提供します。
属性 | 空冷 | |
熱性能 | 空気の熱容量の低さによって制限されています。低から中程度の熱密度に適しています。 | 優れた。 水は、空気の熱容量の3,000倍以上の体積で、非常に高い熱負荷の冷却を可能にします。 |
システムフットプリント | 大きなヒートシンクと大幅な気流クリアランスが必要であり、全体的な製品サイズが増加します。 | コンパクト。 コールドプレートには、フォームファクターがはるかに小さく、より密集した電子機器が可能になります。 |
温度の均一性 | コンポーネントの表面に大きなホットスポットをもたらす可能性があります。 | 素晴らしい。 高度に均一な表面温度を提供し、コンポーネントの信頼性と寿命を改善します。 |
音響ノイズ | 高性能システムには、大規模で高速ファンが必要であり、大きなノイズを生成します。 | 静かな。 ポンプはファンよりもかなり静かで、ほぼシラーの操作を可能にします。 |
熱散逸の場所 | 熱はローカル環境に直接投棄され、他の近くのコンポーネントを加熱する可能性があります。 | フレキシブル。 熱は敏感な電子機器から離れて輸送し、遠隔地で消散することができます。 |
液体コールドプレートの優れた性能により、Winshare Thermalに深い専門知識がある市場である幅広い要求の厳しい産業の頼りになるソリューションになります。
• 新しいエネルギー車（EVS）およびエネルギー貯蔵システム（ESS）： 最適なバッテリー温度を維持することは、パフォーマンス、寿命、安全性に不可欠です。コールドプレートは、バッテリーパック全体を冷却するために使用され、急速な充電と放電中に均一な温度を確保します。
• パワーエレクトロニクス： 工業用ドライブ、再生可能エネルギーコンバーター、輸送システムで使用される高出力IGBTモジュール、整流器、およびインバーターは、液体冷却でのみ効果的に管理できる大量の廃熱を生成します。
• 医療技術： 医療レーザー、診断イメージングシステム（CT、MRI）、DNAシーケンサーなどの機器は、運用精度と信頼性のために正確な温度制御を必要とするため、液体コールドプレートが理想的な選択肢になります。
• 通信およびデータセンター： サーバープロセッサがより強力になるにつれて、CPUやその他の高出力コンポーネントを直接冷却するために液体冷却が採用され、ラック密度が高くなり、エネルギー効率が向上します。
適切な液体コールドプレートを選択することは、万能のプロセスではありません。システムの熱、機械的、経済的要件の全体的な分析が必要です。考慮すべき重要な要素は次のとおりです。
• 熱負荷： どのくらいの熱（ワットで）消散する必要がありますか？
• 最高温度： コンポーネントの最大許容温度はどれくらいですか？
• 流体ダイナミクス： クーラントの利用可能な流量と許容可能な圧力降下は何ですか？
• 機械的制約： サイズ、重量、および取り付け要件は何ですか？
• 環境要因： システムは腐食性または高振動環境で動作しますか？
設計プロセスの早い段階で熱管理の専門家と関わることは、これらの考慮事項をナビゲートする最も効果的な方法です。高度な熱シミュレーションとプロトタイピングを通じて、最適な設計を実現し、パフォーマンスとコストを効果的にバランスさせることができます。
液体のコールドプレートが何であるかを理解することはほんの始まりに過ぎません。適切なソリューションを実装するには、ディープエンジニアリングの専門知識と高度な製造機能を備えたパートナーが必要です。 Winshare Thermalでは、単なるコンポーネントサプライヤー以上のものです。私たちはあなたの専用の熱管理ソリューションパートナーです。
ワンストップサービスモデルは、最初のコンセプトや 熱シミュレーションから 迅速なプロトタイピングや大量 生産まで、プロジェクトのあらゆる段階をカバーしています。私たちは高性能 、正確なニーズに合わせた堅牢でリークフリーで、熱的に優れたコールドプレートを提供するために、新しいエネルギー、産業、医療セクターの私たちの経験は、あなたが直面するユニークな課題を理解することを意味します。摩擦攪拌溶接（FSW）を含む最先端の製造技術を専門としています。
次のプロジェクトでパフォーマンスと信頼性の境界を押し上げる準備ができている場合、私たちのエンジニアチームは、完璧な液体冷却ソリューションの設計と実装を支援するためにここにいます。あなたのサーマルチャレンジについて話し合うために、今すぐお問い合わせください。