六种主流液冷板结构及适用场景

以下是对每种结构的简要概括：

• 冲压钎焊冷板：
  
   大批量、低成本的成型通道型材和真空钎焊密封。
• 加工冷板：
  
   采用数控铣削工艺在整体块体上加工出通道，以实现设计自由度和高性能。
• 嵌入式（圆形）管式冷板：
  
   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：
  
   挤压成型的空心型材（扁管）与盖板连接，非常适合长条形/线性形状。
• 梳状翅片（铲/刀）+钎焊冷板：
  
   采用冲压或刮削工艺生产高密度鳍片阵列，然后将其钎焊到基座和盖板上。
• 压铸+摩擦搅拌焊接（FSW）冷板：
  
   采用固态焊接密封的复杂铸造通道，用于高强度集成部件。

1、冲压+钎焊冷板

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）

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

最常见的铝合金（例如，3000/5000/6000系列）重量轻，易于冲压；铜冲压虽然可行，但由于模具磨损和延展性差异，并不常用。钎焊填充合金的选择需与母材相匹配（例如，铝材使用铝硅钎焊）。

优缺点总结

• 优点：
  
   高产量下单位成本低，厚度薄，适用于中等热通量应用。
• 缺点：
  
   通道几何形状自由度有限，模具成本和交货周期较长，与机加工或梳状翅片相比，峰值性能较低。

2. 机加工冷板（CNC铣削）

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。

制造工艺：

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

高导电性铜、电解铜或C11000是实现最佳散热性能的常用材料。铝则用于重量和成本较为重要的场合。对于特殊环境，不锈钢也可使用，但其散热性能会有所妥协。

优缺点总结

• 优点：
  
   完全的几何自由度，卓越的散热性能，适用于定制的高通量设计
• 缺点：
  
   复杂微通道特征的零件成本更高、材料浪费更多、加工时间更长

3. 嵌入式（圆形）管冷板

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。

制造工艺

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

铜管因其良好的导热性和易于钎焊而成为一种常见的材料。此外，还有铝管可供选择，以满足不同的成本和重量需求。

优缺点总结

• 优点：
  
   成本最低、组装简便、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

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。

制造工艺

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

通常铝合金针对挤压成型进行了优化（例如，6061、6063）。由于工艺限制，铜挤压成型并不常见。

优缺点总结

• 优点：
  
   对于长零件而言，经济实惠，浪费少，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

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。

制造工艺

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：
  
   极高的传热面积，非常适合高热流密度区域。
• 缺点：
  
   制造工艺复杂度更高，对钎焊质量和散热片损伤更为敏感

6. 压铸+摩擦搅拌焊接（FSW）冷板

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。

制造工艺

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、高机械要求的应用。
• 缺点：
  
   模具成本和复杂性极高，且压铸仅限于某些特定合金。

六种结构的优缺点对比表