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Les waterblocks à microstructures - Page 10/13

Rédigé par David D. - 24/12/2003
Catégorie : Watercooling



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Utilisation des microstructures

Les microstructures peuvent être intégrées de différentes manières, à savoir dans un bloc à part comme Cooligy ou Atotech, ou directement gravées sur les composants à refroidir comme sur le schéma ci-dessous :

Dans un bloc séparé du core, on :

  • évite que le fluide ne le touche (réactions chimiques possibles si aucune précaution n'est prise)
  • a besoin d'une interface thermique (pâte thermique ou pad) pour combler l'espace entre les 2 donc pertes de performances
  • peut changer de bloc si cela est nécessaire

Dans des microcanaux gravés directement sur le silicium du core, on :

  • élimine l'interface thermique de la pâte thermique, augmentation des performances potentielle
  • est beaucoup plus près des points chauds
  • doit étudier le système pour ne pas qu'il tourne "à sec" s'il y a changement de phase

Les microstructures peuvent être de formes diverses et variées, même si la majorité des échangeurs emploie des canaux avec des ailettes droites. On peut faire des mini-ailettes, des mini-canaux ronds ou non, des micro-pointes, des picots carrés, des choses complexes en 3D, etc. Une alternative intéressante est la mise en place d'un waterblock avec des feuilles trouées, puis comprimées fortement ensemble à l'aide de tirants, à la manière du 1A Cooling 1A-HV. Cela forme un réseau de canaux en 3D donnant une grande surface mouillée au dessus du core. La différence entre les 2 versions, 1A-HV et 1A-HV2, est l'ajout de rainures obliques sur les bords des microcanaux que l'on distingue en comparant les 2 blocs découpés ci-dessous. On voit assez bien le trajet de l'eau grâce au cuivre légèrement oxydé en noir à gauche (cliquez pour agrandir) :

L'eau arrive par le gros canal central et descend dans les canaux formés par un sandwich de 3 feuilles, dont la centrale est ajourée pour créer une ouverture. Le flux se sépare alors en 2 pour rejoindre les 2 canaux plus petits sur les cotés qui débouche vers l'embout de sortie OUT. Le reste des ouvertures est là pour alléger l'ensemble tout simplement et guider les 2 axes métalliques qui centrent les plaques. Seul le milieu est réalisé en feuilles de cuivre compressées, le reste c'est du laiton (même principe que les Zalman CNPS7000-Cu). Les feuilles ne sont pas soudées non plus les unes aux autres, on vient uniquement chauffer la tranche des plaques au contact du core puis la chaleur se diffuse comme dans une ailette :

Ce concept n'est pas nouveau puisque déjà en 2001, un forumer du nom de Cammo avait réalisé quasiment le même waterblock en utilisant des feuilles de cuivre de 0.7 mm d'épaisseur compressées. Le résultat était très bon d'après ses dires, il s'agissait du Lamiflow :

L'une des techniques de fabrication très employée est similaire à celle qui permet de graver les cores des processeurs, c'est à dire par photolithographie et attaque chimique. C'est ce que la firme Icebear emploie de manière simpliste pour creuser des canaux dans de fines plaques de cuivre qui, une fois assemblées et soudées ensemble, donneront l'Atotech MC1. Les canaux ont une largeur de ~0.2 mm pour une longueur de ~20 mm et il y en a près de 300 répartis sur plusieurs étages, ce qui représente une surface mouillée juste au dessus du core de l'ordre de 50 cm2. C'est nettement plus que dans un waterblock classique. Ci-dessous à gauche, un Atotech détruit à la fraiseuse (indémontable) pour découvrir l'intérieur et à droite l'allure de l'empilage des microcanaux qui le compose :

Toujours dans le même genre d'assemblage, j'ai trouvé une firme allemande qui conçoit des échangeurs à microstructures 3D pour l'air et l'eau. Ils emploient apparemment un nouveau procédé de soudure utilisant l'oxyde de cuivre formé lors de la chauffe à 1072 °C, donc très proche du point de fusion du cuivre à 1083 °C, qui diffuse dans les 2 plaques (0.2 à 0.3 mm d'épaisseur) en présence d'oxygène créant ainsi une soudure "parfaite", sans interface ni métal d'apport, comme si il s'agissait d'un échangeur taillé dans la masse (Curamik). Les structures internes ainsi réalisées peuvent être très complexes. Il suffit de découper correctement les plaques à superposer, al'instar de la structure HEX ci-dessous et d'un échangeur à droite utilisé pour refroidir des composant de puissance :

Tout ceci ne va pas s'en rappeler le Icerex de Go-Cooling qui reprend exactement le même principe, ce qui permet d'obtenir un waterblock ultra-compact de 4.2 mm de hauteur ! Ses performances ont l'air d'être très bonnes et équivalentes à l'Atotech, malgré les légères contradictions relevées dans les tests disponibles comme d'habitude...

Dans un autre registre, il y a aussi des matériaux spécialement conçus pour être poreux et remplis de canaux, comme de vraies éponges, offrant une très large gamme de densités comme présenté ci-dessous. Elles sont destinées en général pour le changement de phase car la surface obtenue assure d'excellentes conditions de départ pour les bulles :

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