CIME 国际液冷散热技术展

2025-11-25

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导读：六种常见的液体冷板结构——冲压+钎焊、机加工、嵌入式管、挤压扁管、梳状翅片+钎焊和压铸+摩擦搅拌焊接

Meta：本深入指南解释了六种常见的液体冷板结构——冲压+钎焊、机加工、嵌入式管、挤压扁管、梳状翅片+钎焊和压铸+摩擦搅拌焊接——涵盖工作原理、生产步骤、交货时间、成本驱动因素、典型材料、优点、缺点和推荐用例，以帮助工程师和采购团队选择合适的解决方案。

揭秘液冷板核心技术：六大主流结构、工艺及选择标准的全面指南

引言——结构决定性能

乍看之下，许多液冷板似乎大同小异：一块扁平的金属板，带有进出口和一个密封的内部通道网络。但实际上，内部通道的几何形状和制造工艺决定了热阻、水力损失、可靠性、价格和可制造性。因此，选择液冷板不仅仅是选择一个零件，而是选择一种内部架构和生产工艺，它将决定系统未来多年的运行状况。

本文详细介绍了当今工业界使用的六种主流冷板结构，分析了每种结构的制造方法，比较了成本和时间，并将合适的结构与常见的应用场景相匹配：数据中心服务器、GPU、电力电子设备、汽车电池热模块和航空航天系统。

概述——六种主要液冷板结构

以下是对每种结构的简要概括：

冲压+钎焊冷板：大批量、低成本、成型槽型材和真空钎焊密封。
机加工冷板：采用数控铣削工艺在整体块体上铣削出通道，以实现设计自由度和高性能。
嵌入式（圆形）管冷板：弯曲的管子嵌入底板中，并用灌封或机械固定方式固定。
挤压扁管（型材）冷板：挤压空心型材（扁管）与盖板连接，非常适合长/线性形状。
梳状翅片（铲形/刀形）+钎焊冷板：通过冲压或刮削生产高密度翅片阵列，然后钎焊到基座和盖板上。
压铸+摩擦搅拌焊接（FSW）冷板：复杂的铸造通道，采用固态焊接密封，用于高强度集成零件。

1. 冲压+钎焊冷板

引言和工作原理

冲压钎焊冷板的制造方法是：首先在薄金属板（通常为铝板）上冲压出通道结构，然后叠放盖板，最后采用真空钎焊密封组件。冲压过程中形成的凸起肋条或通道壁，在叠放密封后便成为流体流动的通道。最终产品是一种轻薄的冷板，集成了通道结构，适用于大批量生产。

制造工艺流程（典型步骤）

设计并制造用于上下压板的冲压模具。
高速冲压板材形成通道几何形状。
对冲压零件进行脱脂和清洁，去除油污和污染物。
在需要冶金结合的界面处涂抹钎焊箔或钎焊膏。
堆叠和夹具组件精确对齐。
在真空炉中采用可控温度曲线进行钎焊，以熔化填料并形成冶金结合。
钎焊后泄漏测试（压力/泄漏检测）和无损检测（必要时进行 X 射线检测）。
端口加工、表面平整度精加工和表面处理。

交货时间和成本

冲压模具需要前期投资和一定的生产周期（根据复杂程度，周期为 4-12 周）。模具摊销完成后，单位成本低，生产周期短——非常适合生产数千至数百万个零件。单块板材的成本通常较低至中等，具体取决于尺寸、材料和钎焊的复杂程度。

材料

最常用的合金是铝合金（例如3000/5000/6000系列），因为它们重量轻且易于冲压；铜也可以冲压，但由于模具磨损和延展性差异，铜的冲压并不常见。钎焊填充合金的选择要与母材相匹配（例如，铝通常使用铝硅钎料）。

优缺点总结

优点：大批量生产时单位成本低，厚度薄，适用于中等热通量环境
缺点：通道几何形状自由度有限，模具成本和交货周期较高，峰值性能低于机加工或梳状翅片。

2. 机加工冷板（CNC铣削）

引言和工作原理

冷板加工由整块金属（通常为铜或铝）制成，其基体上直接铣削出通道。然后，将盖板连接（钎焊、焊接或扩散焊接）以形成密封通道。这种方法提供了最大的几何自由度，是原型制作和中小批量特殊零件的首选方法。

冷板加工（CNC铣削）

制造过程

选择合适的铜块或铝块。
复杂通道、歧管和安装结构的数控铣削。
去除毛刺、清洁并根据需要进行表面处理。
根据材料的不同，可通过真空钎焊、激光焊接或摩擦搅拌焊接将盖板密封。
端口加工、螺纹加工和最终加工操作。
压力测试和热验证。

交货时间和成本

交货周期取决于数控编程和加工周期。原型制作周期短（几天到几周），但由于加工工时、材料损耗（尤其是铜材）以及较长的后处理工序，单位成本较高。对于中小批量和高性能需求，建议使用机加工板材。

材料

高导热铜（电解铜或C11000）因其优异的导热性能而常用于此用途。铝则适用于对重量和成本要求较高的场合。对于特殊环境，不锈钢也可使用，但其导热性能会有所妥协。

优缺点总结

优点：几何形状完全自由，散热性能优异，适用于定制高通量设计
缺点：零件单价较高，材料浪费，复杂微通道结构的加工时间较长

3. 嵌入式（圆形）管冷板

引言和工作原理

嵌入式管设计采用圆形铜管或铝管，将其加工成蛇形或平行管状，然后放置在底板上加工或成型的凹槽中。这些管子通过机械方式固定，通常用导电环氧树脂灌封或焊接固定。热量从底板传递到管壁，然后再传递到冷却剂中。

嵌入式（圆形）管冷板

制造过程

将管材弯曲成型为所需的几何形状。
在底板上用机器或冲压机加工出凹槽。
将管子放入凹槽中，并用灌封胶、粘合剂或机械夹具固定。
必要时，通过研磨或机械加工使表面达到平整度。
端口加工和泄漏测试。

交货时间和成本

嵌入式管冷板所需的模具极少，生产周期短，是小批量生产和简单冷却任务的经济之选。材料和人工成本都很低。然而，由于圆管单位平面面积的接触面积较小，热传导必须穿过额外的基体厚度，因此其热阻较高。

材料

铜管很常见（导热性好，易于钎焊）。铝管则可根据成本和重量进行权衡。

优缺点总结

优点：成本最低、组装简单、生产速度快
缺点：热阻较高，冷却均匀性较差，可能存在长期粘附/老化问题

4.挤压扁管（型材）冷板

引言和工作原理

挤压扁管冷板采用带有内部流道的空心挤压型材（扁管）。这些型材被切割成所需长度，并通过钎焊、锡焊或焊接与盖板连接，形成连续的通道。这种方法适用于长条状的线性冷板结构，例如长型服务器散热器或电池冷却条。

挤压扁管（型材）冷板

制造过程

设计并制造符合所需内部几何形状的挤压模具。
挤压铝合金空心型材并切割成所需长度。
将上下板组装起来，并通过钎焊或焊接连接。
加工端口并进行压力测试。

交货时间和成本

挤出模具需要前期投入，但规模化生产后单位成本优势显著。生产周期包含模具制造时间。对于长条形零件，挤出成型可减少材料浪费并加快生产速度。

材料

常用的挤压用铝合金包括6061和6063等。由于工艺限制，铜挤压并不常见。

优缺点总结

优点：适用于长零件，经济实惠，损耗低，内部几何形状一致
缺点：复杂内部歧管的灵活性较低，模具的工装成本较高

5. 梳状翅片（铲形/削面）+钎焊冷板

引言和工作原理

梳状翅片冷板采用密集的翅片阵列，这些翅片阵列是通过对基材进行刮削、冲压或切割等工艺制成的，形成薄翅片或“铲齿”状结构。这些翅片为冷却液提供了极大的表面积，便于冷却液润湿和热交换。翅片阵列与盖板通过钎焊连接，形成密封的高性能微通道状结构，无需复杂的微加工工艺。

制造过程

在基板上削切或加工出高密度鳍片（鳍片厚度可小于0.5毫米）。
将鳍片阵列与歧管和密封件堆叠或形成。
采用钎焊箔进行真空钎焊，将翅片和盖板冶金连接起来。
钎焊后加工，用于端口和表面光洁度。

交货时间和成本

削薄设备和钎焊工艺增加了工艺复杂性和设备成本，但由此制成的板材单位面积传热系数极高。虽然单位成本高于冲压板材，但规模化生产时，其成本效益可能优于先进的微加工工艺。

材料

铝和铜都是常见的材料。在对散热性能要求极高的场合，通常会使用铜梳状翅片。

优缺点总结

优点：传热面积非常大，非常适合高热流密度区域。
缺点：制造工艺复杂度较高，对钎焊质量和散热片损伤较为敏感

6. 压铸+摩擦搅拌焊接（FSW）冷板

引言和工作原理

这种现代方法采用高压压铸工艺，一次成型即可形成复杂的内部流道和外部几何形状。对于剩余的开口腔，则采用摩擦搅拌焊接（一种固态、低缺陷连接方法）或其他密封技术完成组装，从而形成强度高、结构一体化且机械完整性强的整体结构。

制造过程

设计和制造高精度压铸模具。
采用型芯/型芯去除或可溶型芯，压铸半结构或带有内部通道的全体零件，适用于复杂几何形状。
如果存在分离的两半，则使用摩擦搅拌焊接 (FSW) 或真空钎焊连接接缝，以确保密封性。
表面加工，用于保证平面度、端口创建和精加工。

交货时间和成本

虽然模具投资高昂且模具交付周期长，但对于复杂形状的大批量生产而言，其单件成本优势显著。摩擦搅拌焊需要专用设备，但无需填充材料即可形成牢固的固态接头。

材料

适用于压铸的铝合金（例如A380）很常见。为了获得极高的隔热性能，可以使用带有铜嵌件的混合组件。

优缺点总结

优点：可实现复杂、一体化的形状和结构特征；采用摩擦搅拌焊接可形成牢固的连接；适用于大批量、机械要求高的应用。
缺点：模具成本和复杂性非常高，压铸仅限于某些特定合金。

六种结构的优缺点对比表

结构	优势	缺点	最佳应用案例
冲压+钎焊	批量生产时单位成本低，外形纤薄	模具成本，几何形状受限	大容量服务器、消费电子产品
机加工	设计自由，散热性能卓越	单价高，材料浪费	原型机，高性能GPU/ASIC冷却
嵌入式管	成本最低，生产速度快	更高的热阻，老化风险	低功耗工业LED散热
挤压扁管	适用于长条形零件，浪费少。	对于复杂流形而言灵活性较差	电池冷却，长加热棒
梳状鳍片 + 钎焊	极高的传热面积	复杂而敏感的钎焊	高热通量芯片，数据中心GPU
压铸 + FSW	一体化复杂形状，牢固连接	模具成本高，合金种类有限	汽车、航空航天、加固系统