Cold Plate는 D2C(Direct-to-Chip) 냉각 시스템의 핵심 부품으로, 내부에 형성된 미세한 유로(마이크로채널)를 통해 냉각수를 흘려보내 발열 칩셋의 열을 직접 흡수합니다. 실험실 수준에서 이러한 Cold Plate의 성능을 검증하려면 몇 가지 핵심 요소를 고려한 실험 셋업이 필요합니다.

1. 고부하 박막히터로 발열원 모사하기

실제 칩셋과 유사한 열유속을 안정적으로 재현하려면 고부하 박막히터(thin-film heater)를 사용합니다. 히터의 발열 면적과 최대 전력을 실제 칩셋의 사양에 맞춰 설계해야, 실험 결과를 실제 응용 조건으로 신뢰성 있게 환산할 수 있습니다.

2. 유로 구조와 재질 최적화

마이크로채널의 폭, 높이, 핀 형상은 압력강하와 열전달 성능 사이의 트레이드오프를 결정합니다. 채널이 좁을수록 열전달 계수는 높아지지만 압력강하와 펌핑 동력 요구량도 함께 증가합니다. 따라서 CFD 기반 해석으로 유로 형상을 먼저 최적화한 뒤, 이를 실제 제작 가능한 공정 수준으로 구체화하는 단계가 중요합니다.

3. 유량·압력 계측 포인트 배치

Cold Plate 입구와 출구의 압력차, 유량을 정확히 측정해야 실제 냉각 성능(제거 열량, 열저항)을 계산할 수 있습니다. 유량계와 압력센서는 국부적인 난류나 유동 교란의 영향을 받지 않는 위치에 배치해야 합니다.

4. 규격압력 장시간 가압시험

Cold Plate와 배관 연결부는 장기 운용 중 누수나 피로 파손이 없어야 합니다. 규격 압력 조건에서 장시간 가압시험을 수행하여 운용 안정성을 확보하는 것이 상용화 이전 필수 검증 단계입니다.

5. 시스템 통합 관점의 성능 평가

Cold Plate 단품 성능뿐 아니라, CDU와 통합된 상태에서의 PUE(Power Usage Effectiveness), 발열칩 온도, 장기 신뢰성까지 종합적으로 평가해야 실제 상용화 가능성을 판단할 수 있습니다.

마치며

마이크로채널 Cold Plate 실험은 이론적 열전달 해석, 정밀 제작, 정밀 계측이 모두 맞물려야 의미 있는 결과를 얻을 수 있는 대표적인 열유체 실험입니다. 프리거슨은 이러한 실험 셋업 구축 경험을 바탕으로, 대학·기업 연구소의 맞춤형 Cold Plate 실험장치 설계·제작을 지원하고 있습니다.