AI液体冷却のためのレーザー: HPC熱システムのためのUWレーザーのレーザー溶接ソリューション

はじめに

AIの大規模モデルのトレーニングと推論には、単にGPUを増やすのではなく、高密度、低PUE、高信頼性のラックとクラスターが必要になっています。単一のNVIDIA GB200/GB300 NVL72ラックは130〜140 kWを消費し、今後のRubinアーキテクチャは200 kWを超えます。従来の空冷は物理的な限界に達しており、AIデータセンターでは液冷が必須となっています。

TrendForceによると、データセンターにおける液冷の世界的普及率は2025年に約33％に達しました。IDCは、中国の液冷サーバー市場は2028年までに162億米ドルを超えると予測しており、市場の力強い成長を確認しています。

この成長は、コールドプレート、配管、マニホールド、精密溶接を含む、スケーラブルな国内液冷サプライチェーンに依存しています。液冷配管はシステムの血管網として機能します。ベローズの壁はわずか0.1〜0.5 mmの厚さです。溶接の微細な亀裂やコールドジョイントは、熱サイクル後に漏れを引き起こす可能性があります。わずかな冷却剤の漏れでもGPUを破壊し、ラック全体をクラッシュさせる可能性があるため、ゼロリークが不可欠です。

従来のろう付けやTIG溶接は、超薄型で高反射性の銅製多分岐円周継手に、大きな熱変形、高い気孔率、および低いバッチ一貫性を生じさせます。レーザー溶接は、低熱入力、非接触加工、およびビジョンとインライン検査との容易な統合を提供します。深い溶融とヘリウムタイトシール（≤10⁻⁹ Pa·m³/s）を実現し、漏れのない液冷部品のベンチマークプロセスとして登場しています。

AI液冷アプリケーション向けに、UW Laserはマニホールド、エンドキャップ、インナーマニホールド、ベローズ、銅製コールドプレート、液冷アセンブリ用の溶接装置を提供しています。社内での完全なR&Dにより、数百キロワットから数十キロワット、波長266 nm（UV）から2000 nmまでのYAG、ダイオード、ファイバー、ハイブリッド、ブルー、リングビーム、超高速レーザーを開発しています。自社開発のウォブルヘッドとスポット溶接ヘッドは、優れた光学性能と安定性を提供します。

レーザー光源、光学系、モーション、ツーリング、プロセス、自動化をカバーするクローズドループを形成します。当社のソリューションには、スタンドアロンのガントリーマシン、ロボットセル、および完全自動ターンキーラインが含まれます。MESと統合されており、インテリジェントコンピューティングセンターの液冷コンポーネントの漏れのない大量生産要件を満たすために、完全なプロセス記録と品質トレーサビリティをサポートします。

（1）銅製コールドプレート用デュアルステーションレーザー溶接装置

装置紹介
UW Laserが自社開発したブルーハイブリッドレーザーとUWデュアル波長ウォブルレーザー加工ヘッドを搭載したこのシステムは、銅に対する青色光の高い吸収率と赤外線に対する高いパワー密度を組み合わせています。銅などの高反射材におけるスパッター、気孔、コールドジョイントなどの溶接課題を解決し、銅製コールドプレート上の流路の長尺シームシール溶接に使用されます。

利点
高反射材に最適
銅は近赤外線レーザーエネルギーの吸収が少なく、溶接が困難です。この機械は、スパッターや気孔を抑制するために、UWの社内製450 nmブルーハイブリッドレーザーまたはリングビームファイバーレーザーをサポートしています。
効率的なデュアルステーション並列ワークフロー
デュアルステーション設計により、ロード/アンロードと溶接を同時に実行でき、装置の稼働時間と大量生産効率を向上させます。
低漏れ率による高いシール性能
最適化された溶接プロセスにより、漏れ率は10⁻⁹ Pa·m³/sまで低下し、液冷システムの信頼性の高い長期運用を保証します。
低い熱変形
高集中レーザー熱入力とUWのインテリジェント温度制御およびプロセスライブラリの組み合わせにより、熱変形を抑制し、プレートの平坦性を維持します。
高品質な溶接ビード
独自のリングビーム技術により、安定した一貫性のある滑らかな溶接を実現し、溶接後の研磨作業を削減します。

（02）水マニホールド用レーザー溶接装置

はじめに
UW Laserが自社開発したシングルモード/準シングルモードファイバーレーザーとD30ウォブル加工ヘッドを搭載し、マニホールドパイプとノズルベース間の円周およびシールシームを溶接します。アルミニウムおよびステンレス鋼マニホールドに適しており、スタンドアロンの6軸ガントリーステーションおよび6軸ロボット溶接ステーションをサポートします。

利点
複雑な3Dパス溶接
マニホールドは複雑な空間構造を持っています。ロボットセルまたは高精度3Dモーションプラットフォームと組み合わせることで、複雑な空間曲線上の精密溶接を実現します。
異種材料への対応
マニホールドは、アルミニウム、銅、ステンレス鋼などの金属を接合することがよくあります。UWのマルチ波長同軸ハイブリッド溶接は、2つのレーザーの利点を組み合わせ、異種金属溶接における脆い金属間化合物を抑制します。
高い溶接精度
高精度治具と位置決めシステムにより、分岐管とポートの正確な溶接を保証します。繰り返し位置決め精度：±0.03 mm / 300 mm。
浸透と速度のバランス
マニホールド壁厚に合わせて最適化されたパラメータは、高速度（アルミニウム合金で最大200 mm/s）で接合強度に必要な十分な浸透を確保します。
高い自動化
このターンキーシステムは、自動ロード/アンロード、シーム追跡、インライン検査を統合して、手作業を削減し、バッチ一貫性を安定させることができます。

（03）インナーマニホールドレーザー溶接装置

装置紹介
この装置は、UW Laserが自社開発したシングルモード連続レーザーとD30振動レーザー出力ヘッドを搭載しています。中心ビームが浸透深さを供給し、環状ビームが溶融プールを安定させてスパッターと気孔を抑制します。インナーウォーターマニホールドの複雑な流路構造や、高い要求を持つ気密溶接用途に適しています。

装置の利点
内部の深くて狭いスリットへの溶接アクセス
インナーマニホールド用に特別に設計されており、溶接トーチまたはレーザーヘッドがアセンブリ内に侵入し、従来の溶接方法では届きにくい溶接シームの非接触溶接を実行できます。
高精度位置決めとマイクロ溶接
インナーマニホールドの複雑な構造に合わせて構築されたこのシステムは、超微細（ミクロンレベル）レーザースポットに焦点を合わせ、隣接する精密部品を損傷することなく、高精度なスポット溶接またはシーム溶接を実行できます。
リアルタイムクローズドループ制御
UWのインモールド溶接とリアルタイム制御技術を採用し、溶接プロセス全体でクローズドループフィードバック制御を実装して、すべての接合部で一貫した信頼性の高い溶接品質を保証します。
高クリーン溶接
レーザー溶接は非接触プロセスであり、機械的な応力がありません。溶接プロセスはクリーンでデブリがなく、内部流路の汚染を防ぎます。
複数の溶接構成への対応
突合せ溶接、重ね溶接、隅肉溶接など、インナーマニホールド内のさまざまな接合タイプを柔軟にサポートし、多様な設計要件に対応します。

（04）ベローズ溶接装置

装置紹介
この装置は、UW Laserが自社開発したマルチモードファイバーレーザーとD30振動レーザー出力ヘッドを搭載しています。薄肉ベローズと異種金属の突合せ溶接用に設計されており、ベローズと継手間の円周シーム溶接に適しています。溶接延性とシール信頼性のバランスを取り、コンピューティングパワーおよびエネルギー貯蔵システムのパイプラインコンポーネントに適用されます。

装置の利点
変形しやすい薄肉材料の溶接
ベローズは非常に薄い壁を持ち、変形や焼き付きを起こしやすいです。レーザー溶接は、精密に制御可能なエネルギーと最小限の熱入力を特徴としており、薄肉ベローズ溶接に理想的なプロセスです。
高い溶接速度と生産性
超高速溶接速度により、ベローズ、コネクタ、フランジ間の円周溶接を効率的に完了でき、大量生産に適しています。
優れた溶接延性
レーザー溶接は微細粒子の溶接微細構造を形成し、良好な亀裂抵抗性を持ちます。ベローズがサービス中に繰り返し伸縮および曲げられる際に、溶接破壊を防ぎます。
非接触溶接プロセス
薄いベローズ構造に機械的な圧縮や損傷を与えず、ベローズの元の幾何学的精度と弾性を維持します。
自動円周溶接
通常、ロータリーテーブルまたはポジショナーを備えており、システムはベローズの円周シームの自動、全姿勢精密溶接をサポートし、溶接円全体で一貫した品質を保証します。

（05）多機能スポット溶接装置

装置紹介
この装置は、UW Laserが自社開発したYAGレーザーと6kWファイバーレーザー出力ヘッドを搭載しています。液冷アセンブリ上のねじ座、ジョイント、コネクタの位置決めスポット溶接、仮固定、局所溶融溶接に使用されます。高速スポット溶接を可能にし、溶接前の仮位置決めのためにさまざまな溶接ステーションに統合できます。

装置の利点
柔軟な切り替えが可能な多目的マシン
スポット溶接と多機能溶接の両方の機能を備え、ソフトウェアとハードウェア構成による高速切り替えをサポートし、さまざまな製品や位置の溶接要件に対応します。
精密に制御可能なスポットサイズ
レーザーパルスパワー、パルス幅、スポットサイズを調整することで、溶接スポットの直径と浸透深さを正確に制御でき、精密な接合に適しています。
薄板および特殊形状部品に適しています
ヒートシンクや液冷プレートの薄肉コネクタや小径部品の場合、スポット溶接は最小限の熱入力で健全な接合を実現し、部品全体の熱歪みを防ぎます。
高い位置決め精度
高精度モーションシステムまたはガルバノスキャニングシステムと組み合わせることで、高精度なスポット配置による高速・高精度な点溶接を実現します。
耐火性および異種材料の溶接が可能
高ピークパワーパルスレーザーにより、銅やアルミニウムなどの高反射材、および異種材料の効果的なスポット溶接を実行します。

・終・

20年以上の精密レーザー溶接経験を持つUW Laserは、「レーザー光源–光学系–モーション–ツーリング–プロセス–自動化」の完全なクローズドループをカバーするターンキー液冷溶接ソリューションを提供しています。自社開発のレーザーポートフォリオには、YAG、ダイオード、ファイバー、ハイブリッド、リングビームレーザー（数十ワットから10 kW、ブルーから1 μm NIR）が含まれます。

独自の振動およびスポット溶接ヘッドと組み合わせることで、5種類の液冷部品のさまざまなプロセス要件に対応します。
ビジョンアライメント、インプロセスOCTモニタリング、プロセスシミュレーション、および完全なデータロギングを備えた当社の溶接は、母材に近い溶接強度、0.2〜0.5 mmのHAZ、および≤0.05 mmの変形を実現し、はんだ腐食やチャネルの詰まりのリスクを軽減します。インテリジェントコンピューティングハードウェアおよびAI液冷分野のお客様に、スタンドアロンワークステーション、ロボットセル、フルオートラインなどの柔軟なサービスを提供しています。中国全土での無料サンプルテスト、既存ラインのレトロフィット、およびローカルオンサイトサポートが利用可能です。

液冷市場は力強い成長を遂げています。UW Laserは、AI液冷溶接の推進のために、業界関係者とのパートナーシップを準備しています。サンプルテストまたはソリューションコンサルティングについては、marketing@uwlaser.comまでご連絡ください。