随着新能源汽车、数据中心、储能系统等领域的爆发式增长,液冷板的散热性能直接决定了设备运行的稳定性和寿命。不同流道结构的液冷单元对电池模组散热性能的影响非常大,一个结构设计优良的液冷单元可以明显提升电池模组的散热均温性能。不同的加工工艺直接影响水冷板的流道设计、耐压性和成本效率。

液冷板工艺主要为原材料准备—流道成型加工—清洗与预处理—盖板焊接与密封—后处理与精加工—质量检测与测试等主要过程。

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 原材料准备

主流液冷板材料主要有铝合金、铜合金和复合材料。铜导热性极佳但成本高、重量大;铝合金轻便、经济且易加工,但导热稍逊,常用于新能源汽车电池的热管理。

  • 铝合金:当前动力电池水冷板的主流材料,主要是因为它较好地均衡了导热、轻量、强度、工艺和成本;3003铝合金因综合性能良好且技术成熟应用广泛。

鋁合金種類介紹:了解八大系列編號及加工方法的區分- 德冠鋁業

铝合金,来源:德冠铝业

  • 铜合金:紫铜(导热系数 401W/m.K)用于高功率场景(如 800V 高压平台),但需通过镀镍或阳极氧化解决腐蚀问题。

铜合金,来源:米思米

  • 复合材料:对强度有更高要求时,会采用高强度铝合金复合材料(通常为三层结构:芯材+钎焊层+牺牲层)。

2

 流道成型加工

液冷板的各种流道成型加工制造工艺,如CNC加工、冲压、挤压、压铸和3D打印,都是通过不同方式将金属材料(如铜、铝)塑形或堆积成具有复杂微通道的结构,以实现高效热量传递,其中CNC精细去除材料,冲压和挤压快速成型大板,压铸制作一体化复杂结构,而3D打印则能实现传统工艺无法完成的极复杂拓扑结构。

1、CNC机加工(Computer Numerical Control Machining)

  • 原理: 铣削(Milling)或钻孔。用高速旋转的刀具(如铣刀)在铝板或铜板上逐层切削去除材料,雕刻出流道和微通道,再用另一块板材覆盖封合。
  • 特点:精度高,表面光洁度好,适合小批量和复杂流道,但材料利用率低,效率相对较低。

     

CNC加工,来源:捷百瑞精密
2、冲压成型(Stamping)
  • 原理: 利用模具和冲压机,将金属薄板(通常是铜或铝)在压力下冲压出特定形状的流道凹槽,然后将两块冲压好的板材焊接或钎焊在一起。
  • 特点: 适合大批量生产,成本低,速度快,但流道形状受模具限制,精度和复杂性不如CNC。

冲压液冷板
3、挤压成型(Extrusion)
  • 原理: 将铝材加热至软化状态,通过模具施加巨大压力,使其沿模具横截面形状挤出,形成具有连续流道截面的长条,再切割成所需长度。
  • 特点: 适合大批量生产铝制液冷板,成本效益高,但流道通常为规则形状,复杂性受限,主要用于铝基板。

4、 压铸成型(Die Casting)

  • 原理: 将熔融金属(通常是铝合金)以高压注入钢制模具型腔,快速冷却凝固成型。
  • 特点: 适合复杂、一体化结构,生产效率高,材料利用率高,但模具成本高,适合大批量,精度适中。

压铸成型,来源:王派精密压铸
5、3D打印技术(3D Printing/Additive Manufacturing)
  • 原理: 逐层堆积材料(如金属粉末,通过激光熔化)来制造,无需模具,直接构建复杂微结构。
  • 特点: 能制造传统工艺无法实现的复杂拓扑结构(如仿生、分形流道),优化散热性能,但成本高,速度相对较慢,适合原型开发和高端定制。

3D打印液冷板,来源:CoolestDC 

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 清洗与预处理

液冷板预处理工艺是确保液冷系统高效、长期稳定运行的关键,主要包括表面清洁(去除油污、氧化物)内腔去毛刺与抛光(优化流阻)清洗除杂(去除金属碎屑、助焊剂残留),以及表面处理(如钝化、阳极氧化以防腐蚀)和密封检测等多个步骤,旨在提升热交换效率、防止堵塞、抑制腐蚀,保障冷却液纯净度,最终实现优异的散热性能。

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 焊接工艺

主要有真空钎焊、搅拌摩擦焊、激光焊接、冲压+钎焊复合工艺等。

1、真空钎焊 (Vacuum Brazing)

原理: 在高真空环境下加热,使用与母材熔点差异较大的钎料(如铝硅合金),使钎料熔化并润湿接头,依靠毛细作用填充间隙,冷却后形成牢固连接。
特点:
    • 优点: 真空环境无氧化,质量好,接头致密,精度高,可实现复杂结构,适合铝、铜等材料.
    • 缺点: 设备投资大,工艺控制要求高,加热时间较长。
应用: 高端液冷板,对内部清洁度、密封性要求极高。
真空钎焊炉,来源:Kintek Solution Ltd
2、搅拌摩擦焊 (Friction Stir Welding, FSW)
原理: 旋转的非消耗性搅拌头在接头处产生摩擦热和塑性变形,将材料搅拌混合,在固态下形成连接。
特点:
    • 优点: 固态连接,无飞溅,无有害气体,无母材熔化,机械性能好,环保节能。
    • 缺点: 对工装要求高,焊缝外观质量可能略差(有搅拌头印),不适合所有材料。
应用: 铝合金液冷板,尤其适合大尺寸、大批量生产。
3、激光焊接 (Laser Welding)
原理: 利用高能量密度的激光束照射工件,使材料快速熔化、混合、冷却凝固,形成焊缝。
特点:
    • 优点: 速度快,热输入小,变形小,精度高,可实现深熔焊,自动化程度高。
    • 缺点: 对装配精度要求高,易产生气孔,设备成本高。
应用: 翅片与管/板连接,或封边焊接,实现高速、高精度连接。
4、冲压 + 钎焊复合工艺 (Stamping + Brazing Composite Process)
原理: 先将金属板材通过冲压(或深拉)工艺冲压成带有流道凹槽的上下盖板,然后将翅片等零件放入,最后整体在炉中进行真空或气氛钎焊。
特点:
    • 优点: 成本低,效率高,适合大批量生产,可实现复杂流道,是目前主流工艺之一。
    • 缺点: 钎焊前冲压件的精度控制是关键,钎缝质量依赖于冲压件的间隙和清洁度。
应用: 主流液冷板制造方法,覆盖EV电池、服务器等领域。

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 后处理与精加工

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 质量检测与测试

主要包括气密性检测、平面度检测、流阻检测等。

液冷板的气密性、平面度、流阻检测是关键质量控制环节,通常通过气密性(压力衰减法、氦质谱法)平面度(激光干涉仪、三坐标测量仪 CMM)流阻(流量计 + 压差传感器,测试不同流速下的压降)等方法,结合渗漏检测来保证产品在实际应用中的性能和寿命,特别是水冷板和电子设备散热中至关重要。 

1、气密性检测

目的:确保液冷板内部水道无泄漏,防止冷却液与外部环境接触,或与其它部件交叉污染。

方法:

  • 压力衰减法:充入压缩空气或氮气,加压后关闭阀门,监测压力随时间的变化,压力下降速率越慢越好。

  • 氦质谱法:高灵敏度检测,充入氦气,用氦质谱仪检测微小泄漏,适用于精度要求极高的场合。

  • 液体浸泡法:加压后放入水中,观察是否有气泡冒出。

  • 电子气体示踪法:充入示踪气体(如甲酸),使用气体检测仪寻找泄露点。

2、平面度检测 (Flatness Testing) 

目的:保证与发热源(如CPU/GPU)接触的表面平整,实现最大化热接触,提高散热效率。

方法:

  • 激光干涉仪/光学扫描:通过激光干涉原理或扫描,高精度测量表面微小起伏。

  • 三坐标测量仪 (CMM):探针接触测量,获取点云数据,计算平面度偏差(P-V值,平面度值)。

  • 量块/塞尺法:简易方法,测量最大间隙,适用于初步检测。白光干涉仪:用于更精细的表面形貌检测。

3、流阻检测 (Flow Resistance Testing) 

目的:评估冷却液通过液冷板的阻力,影响泵的选型和系统总功耗。

方法:

  • 稳态测试平台:使用高精度流量计(如电磁流量计、超声波流量计)和压差传感器,在不同流量(对应不同雷诺数)下测量进出水口压差 ((Delta P))。

  • 绘制流阻曲线:获得 (Delta P-Q) (流量)曲线,计算阻力系数,评估泵的效率匹配。

  • 瞬态测试:模拟系统启动/停止时的压力变化,评估动态性能。

 4、其他检测 

  • 水路通畅性:用高压水冲洗,检查是否有异物堵塞。

  • 外观尺寸/精度:卡尺、投影仪等。

  • 热性能测试:在模拟工况下,测试温度和温差是否达标。 这些检测手段共同确保了液冷板的质量,使其能稳定高效地在数据中心、汽车、新能源等领域工作。

信息来源:网络资源、艾邦算力资源平台综合整理

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第二届 AI算力服务器液冷技术产业发展论坛(3月20日 昆山)

一、

拟邀议题

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序号

演讲议题

拟邀企业

1

AI液冷前沿趋势及面临的机遇与挑战(初定)

三河同飞

2

数据中心液冷市场现状、落地实践方案及未来发展(初定)

超集信息

3

冷板式&浸没式数据中心液冷技术创新与开发(初定)

远地科技

4

针对高功率密度的AI芯片冷组的创新研究(初定)

银轮股份

5

高热流密度智算芯片相变冷却技术研究(暂定)

祥博传热

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中航光电

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拟邀企业类型

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  • 数据中心建设与运营单位(电信、互联网、金融、能源企业等)

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液冷技术通过冷却液直接/间接接触热源,核心结构包括:
  • 热交换核心  :冷板(CPU/GPU专用)、CDU(冷量分配单元);
  • 循环网络  :Manifold分液器、EPDM/PTFE管路、快接头;
  • 动力与控制  :变频循环泵(如飞龙股份电子泵)、智能温控系统。
主流方案中,冷板式兼容现网改造(占存量市场80%),浸没式为超算首选(PUE逼近1.0)。 2025年AI服务器的产值超过4000亿美元,年增45%。随着英伟达从Hopper系列向Blackwell系列转换,整个AI服务器产值提升。预计今年AI服务器的市场占有率会从去年的66%突破到今年的70%以上;另外,液冷散热方案的渗透率也有望从去年的14%提升到今年的30%。 涉及的材料有:铜、铝、复合金属材料、金属焊接材料、不锈钢、氟塑料、橡胶材料、密封材料、特种工程塑料、导热散热材料,热界面材料等 按照部件来分有:冷却塔、管道、CDU 液冷换热单元CDU 液冷板、接头、歧管、主泵和辅泵、流量控制系统、过滤系统等 系统集成方面有:空调、机柜、传感器、电源、泄漏检测、控制单元等 按照产业链来区分有:互联网企业,云服务器企业,代工企业、各个零部件企业、材料企业等; 欢迎大家加入我们,共绘服务器液冷散热未来!
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作者 808, ab