影響液冷板成本的因素

液冷板製造中兩個最大的成本驅動因素是導熱率要求和年度需求，而熱工程師和製造工程師通常很少或根本無法控制這兩個因素。然而，您可以透過了解粗糙度、平整度、硬度、表面形態、安裝特性和液體連接規格如何影響液冷板的成本來降低成本。

大多數水冷板由鋁製成，但一些新技術使用銅。儘管銅具有更好的導熱性，但鋁的使用更頻繁，因為它通常更便宜、更輕且更易於使用。銅的加工非常困難且昂貴。

目前最受歡迎的兩種鋁冷板技術是嵌入式管和真空釬焊。

預埋管冷板通常是將銅管或不銹鋼管壓入鋁型材槽中。它們具有卓越的成本優勢，為中低功率密度設備提供卓越的冷卻解決方案。

真空釬焊冷板是指透過加工兩塊具有內部通道和翅片結構的金屬板，然後將其仔細密封在真空室中加熱而製成的金屬板。熔點較低的填充金屬在相應的製程條件下透過毛細管作用熔化到冷板的接縫中，將兩塊具有內部通道和翅片結構的板連接起來，形成內部流道。

除上述因素外，鋁冷板最大的成本驅動因素是加工時間和額外的加工步驟。冷板製造商通常會產生與加工時間相關的成本，包括機器、電源、消耗品和維護的折舊成本。因此，冷板在製造設備中放置的時間越長，成本就越高。每個額外的處理步驟將繼續推高成本。

(1)擠壓件和壓鑄件
為了盡量減少加工時間和降低成本，最好盡可能採用擠壓和鑄造。擠壓是透過將金屬推入模具來形成具有固定橫截面的物體而產生的。用於新擠壓的模具相對便宜，擠壓尺寸限於約9英寸（22.86厘米）寬。擠壓壁厚需要相對一致，並且任何通道或特徵都需要是直的。製造商還可以將擠壓和機械加工結合起來以降低成本。

可以擠壓某些特徵，然後可以處理更複雜的特徵。如果您在設計板材時考慮擠壓特性，這將有助於降低擠壓成本。

另一種選擇是結合鑄造和機械加工來製造冷板。例如，如果鑄件不夠光滑，則需要進行第二次操作以達到冷板所需的平整度規格。

通常，擠壓或鑄造的最低採購量非常高，因此您需要正確應用它們以證明這些工藝的使用合理。擠壓和鑄造均可節省大量成本。

(2)表面粗糙度

表面粗糙度（光滑度）可能會顯著增加成本，但對性能影響不大。與某些人的觀點相反，粗糙度對冷板熱性能的影響相對較小。

在大多數應用中，液冷板與元件之間的表面接觸小於10%或氣隙超過90%。較光滑的表面只會稍微減少氣隙的百分比。典型機械加工冷板的表面光潔度為 32-64 μ 吋 (81-163 μ cm)，足以滿足大多數應用。使用標準加工中心可以將粗糙度降低至16 μ 英吋（41 μ cm），但這需要更堅固的夾具來減少任何潛在的顫動以及減慢加工頭速度和進給率。著加工中心時間較長，進而增加成本。

大多數應用在組件或電路板與液冷板之間使用熱界面材料 (TIM)，以幫助最大限度地減少間隙。 TIM 應盡可能薄，因為其相對較高的熱阻極大地掩蓋了光滑表面的導電性改善。增加部件或板在冷板上的夾緊力也有助於抵消較高的粗糙度，但可能會增加板或部件上的應力。當冷板和元件或電路板加熱時，夾緊應力也會增加熱膨脹係數不匹配的影響。

(3)表面光滑度
與表面粗糙度相比，表面光滑度對冷板的熱性能影響更大，因為如果冷板不光滑，接觸面積就會大大減少。標準平整度規格為 {{0}}.001 英吋/英吋 (0.003 公分/公分)。因此，在測量點一吋的範圍內，冷板的最低點不會比最高點低0.001吋（0.003公分）。如果要求平整度優於每英吋 0.001 英吋（每公分 0.003 公分），一種經濟有效的方法是指定局部平整度而不是整個板的嚴格平整度。

(4)硬度

鑄造、擠壓或真空釬焊冷板加工後非常軟，通常只有T{{0}}硬度。冷板必須硬化，因為軟鋁難以加工和處理。要將硬度從T0提高到T4，需要對冷板進行熱處理。熱處理過程包括將冷板加熱至 1000 華氏度（538 攝氏度），使其在該溫度下每英寸冷板厚度保持約 1 小時，然後透過快速冷卻使其承受熱衝擊。冷卻冷板的一種方法是將其直接從爐中取出並放入水浴中。要將冷板從T4提升到T6，必須對冷板進行人工時效。這是透過將冷板在 300 華氏度-400 華氏度（149 攝氏度-204 攝氏度）下放置 8-16 小時來實現的。 T6 提供非常硬的冷板，具有高拉伸強度，這是軍事和航空航天應用的典型要求。然而，對於大多數應用來說，T4已經足夠困難，指定T6只會增加不必要的成本。

(5) 安裝特徵/孔位
冷板製造中另一個成本增加的因素是孔的增加。一個孔可能會使冷板的成本增加高達 3 美元。鑽孔成本增加的主要原因之一是無法在流體路徑中鑽孔。因此，對於管式冷板，需要將管子彎曲以容納孔，每次彎曲都會增加成本。對於真空釬焊冷板，必須在流體路徑中創建一個島，這也意味著對內部翅片進行放電加工（EDM）。這將顯著增加處理時間，從而增加成本。

孔的位置和間距的嚴格公差也會增加成本。合理的公差規格為 ± {{0}}.005 英吋（± 0.013 公分）。與平整度一樣，盡可能指定局部公差將降低成本。對於孔彼此距離相對較遠的大型冷板，公差變得更難維持。原因之一是工具機公差隨著頭部移動距離的延長而增加。另一個原因是機械加工車間內可能存在高達 18 華氏度（10 攝氏度）的熱梯度，這會導致冷板膨脹或收縮達 0.005 英吋（± 0.013 公分）。通孔最容易指定更嚴格的公差，因為它們的創建是透過單一工具操作完成的，而螺紋孔不太可能有公差，因為製作它們需要兩個工具。螺旋油是最難公差的，因為工藝需要攻牙孔，而螺旋油本身就有公差。所有公差加起來使製造變得更加困難和昂貴。避免使用小攻牙孔也有助於降低成本。 4-40 或更小的孔尺寸變得難以攻絲，因為絲錐在鑽孔過程中可能會斷裂。為了盡可能減少這個問題，機器的運作速度必須慢得多。滿足冷板嚴格公差要求的一種方法是增加元件或電路板上安裝孔的尺寸。

(6) 液體連接
對於液體連接，直螺紋 O 形環內螺紋端口通常具有最佳效果。除了焊接系統之外，它還以最低的成本提供最佳的密封。管道連接（如 NPT 接頭）無法為冷板等部件提供所需的精度。在真空釬焊冷板上，應避免使用外螺紋配件，例如倒鉤或珠狀配件，因為它需要其他操作（例如焊接）來連接配件。此外，冷板以外的配件在運輸過程中需要受到保護，這可能會增加包裝成本。僅在必要時才應使用快速斷開連接，因為每對的成本最高可達 75 美元0。需要頻繁更換的冷板或電子設備需要快速斷開連接。對於已經充滿冷卻劑的冷板，也需要它們。對於液體連接，另一個需要考慮的因素是連接埠容差。通常，傳入管道具有一定程度的靈活性。合理的公差在 ± 0.030 英吋（0.076 公分）和 ± 0.060 英吋（0.152 公分）之間。

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