Особые требования теплоотводящего модуля к крепежу

Тепловая плотность AI-вычислительных чипов растёт год от года, и крепление радиаторов, тепловых трубок и холодных плит перестало быть задачей «прижать радиатор — и ладно», превратившись в самостоятельную инженерную дисциплину. По систематизации отраслевого справочника YF Zhichengjia по HPC/AI-серверам, соединения со стороны теплоотвода должны одновременно удовлетворять четырём вещам: достаточному и равномерному усилию прижима (чтобы термоинтерфейсный материал TIM плотно прилегал к чипу), долговременной защите от самоотвинчивания (вибрация вентиляторов не прекращается), герметизации при необходимости (в жидкостном охлаждении не должно быть протечек), ремонтопригодности (при замене платы на месте крепёж не должен теряться).

Прижим радиатора: как назначить момент и усилие зажатия

Суть монтажного винта радиатора не в том, чтобы «затянуть посильнее», а в том, чтобы «прижать равномерно». Если у нескольких винтов радиатора вокруг одного чипа будет разброс усилия зажатия, слой TIM получится неравномерным по толщине, и локальный горячий участок вызовет снижение тактовой частоты. В инженерии, опираясь на принципы GB/T 16823.2 «Общие правила затяжки резьбового крепежа» и GB/T 16823.3 «Испытание момент — усилие зажима», сначала теплотехническим моделированием определяют требуемый диапазон усилия зажатия, а затем пересчитывают его в монтажный момент — здесь не обойтись без коэффициента момента K: у одной партии винтов из-за разного состояния поверхности колебания K напрямую усиливают разброс усилия зажатия.

Защита от самоотвинчивания и герметизация: преднанесённый клей, уплотнения и IP68

Путь защиты от самоотвинчивания по справочнику идёт по двум параллельным принципам: болт реализует защиту от самоотвинчивания через комбинированную шайбу и преднанесённый резьбовой антивибрационный клей (химия + физика). Химический принцип — это микрокапсульный нейлоновый слой на резьбе, разрушающийся и полимеризующийся при ввинчивании; физический — фрикционная фиксация комбинированной шайбы. В местах, требующих водозащиты, болт может иметь преднанесённый клей под головкой или на резьбе, либо дополняться уплотнительным кольцом, и после герметизации достигается IP68. Для шкафов жидкостного охлаждения это особенно критично: уплотнительные запрессовные стойки, вытяжные заклёпочные гайки с преднанесённым клеем и заклёпки с преднанесённым клеем из справочника предназначены именно для соединений листовометаллических шкафов, требующих водозащиты, и обеспечивают степень герметизации IP68.

Соединение жидкостного охлаждения: быстроразъёмные соединения UQD

Холодные плиты жидкостного охлаждения быстро распространяются в AI-серверах, и решение соединения трубопровода с холодной плитой тем самым устоялось. Описанные в справочнике соединения UQD обладают тремя свойствами: отсутствие капель, высокий расход и быстрое соединение; применяемые в системе жидкостного охлаждения AI-серверов, они обеспечивают быстрое герметичное соединение холодной плиты и трубопровода, гарантируя эффективный теплоотвод и удобное обслуживание. Их ценность в том, что при сервисном вынимании трубопровода на месте объём капель удерживается в чрезвычайно малых пределах, и нет необходимости опорожнять весь контур — именно это является предпосылкой масштабируемого обслуживания жидкостного охлаждения.

Выбор материалов и покрытий

Винты со стороны теплоотвода длительно находятся в условиях температурных изменений, поэтому при выборе материала нужно учитывать и теплопередачу, и коррозию. Часто применяемый приём — винты из нержавеющей стали в паре с алюминиевыми/медными радиаторами (при опасности гальванической коррозии разнородных металлов добавляют изолирующее покрытие), а в местах, чувствительных к солевому туману, выбирают цинк-никелевое гальванопокрытие или пассивацию нержавеющей стали. Справочник также упоминает запрессовные заземляющие клеммы для соединения с заземлением листового металла: экранирование вентиляторов теплоотвода и уравнивание потенциалов шкафа опираются на этот низкоомный заземляющий путь, и если заземляющая клемма ослабнет, проблемы ЭМС окажутся очень скрытными.

Рекомендации по выбору

• Прижимной винт радиатора: по GB/T 16823.3 калибруют соотношение момент — усилие зажатия, затягивают по диагонали в несколько приёмов, преднанесённый клей от самоотвинчивания.
• Холодная плита жидкостного охлаждения: уплотнительный винт/уплотнительная запрессовная стойка, сжатие уплотнения заложено в допуски чертежа, цель — IP68.
• Холодная плита — трубопровод: быстроразъёмные соединения UQD без капель, слепой монтаж.
• Сервисная панель: невылетающие винты, чтобы после снятия панели винт не падал и не повреждал платы.
• Заземляющий путь: запрессовная заземляющая клемма проектируется отдельно, не разделяет точку зажима с винтами теплоотвода.

Теплоотводящий модуль — это механическое соединение, работающее на стыке материалов с разным коэффициентом теплового расширения. Медное или алюминиевое основание радиатора и кремниевый кристалл нагреваются по-разному, и в момент разогрева резьбовое соединение испытывает дополнительные деформации. Чтобы прижатие термоинтерфейса оставалось равномерным, инженеры рассчитывают усилие каждого болта по площади контакта и толщине теплопроводной прокладки: слишком слабая затяжка увеличивает термическое сопротивление, слишком сильная — продавливает кристалл или выдавливает пасту наружу. Со временем в зоне контакта развивается релаксация напряжений, и преднатяг постепенно спадает, поэтому для серверов выбирают материалы с малой ползучестью и периодически контролируют момент на ответственных радиаторах. Симметричная схема болтов вокруг кристалла критична: неравномерное усилие создаёт изгиб платы и локальный перегрев в самом горячем углу, где плотность рассеяния мощности максимальна.