影响液冷板成本的因素

液冷板制造中最大的两个成本驱动因素是导热性要求和年需求量，而热工程师和制造工程师通常很少或根本不控制这些因素。但是，您可以通过了解粗糙度、平整度、硬度、表面形态、安装特性和液体连接规格如何影响液冷板的成本来降低成本。

大部分水冷板采用铝制成，但一些新技术采用铜。尽管铜的导热性更好，但铝的使用频率更高，因为它通常更便宜、更轻、更易于使用。铜的加工非常困难且成本昂贵。

目前最流行的两种铝冷板技术是嵌入式管道和真空钎焊。

预埋管冷板通常是将铜管或者不锈钢管压入铝型材槽内，具有极佳的成本优势，为中低功率密度设备提供极佳的散热解决方案。

真空钎焊冷板是指将两块带有内部通道和翅片结构的金属板加工而成，然后小心地密封在真空室内加热，在相应的工艺条件下通过毛细作用将熔点较低的钎料金属熔化到冷板的接缝处，将两块带有内部通道和翅片结构的板连接起来，形成内部流道。

除了上述因素之外，铝冷板最大的成本驱动因素是加工时间和额外的加工步骤。冷板制造商通常有与加工时间相关的成本，包括机器、电源、耗材和维护的折旧成本。因此，冷板在制造设备中放置的时间越长，成本就越高。每个额外的加工步骤都会继续推高成本。

（1）挤压件和压铸件
为了尽量减少加工时间和降低成本，最好尽可能多地使用挤压和铸造。挤压是通过将金属推过模具来产生具有固定横截面的物体。用于新挤压的模具相对便宜，挤压尺寸限制在约 9 英寸（22.86 厘米）宽。挤压壁厚需要相对一致，任何通道或特征都需要笔直。制造商还可以将挤压和机械加工结合起来以降低成本。

某些特征可以挤压，然后可以加工更复杂的特征。这将有助于降低挤压成本，前提是您在设计板材时考虑挤压特性。

另一种选择是将铸造和加工结合起来制造冷板。例如，如果铸件不够光滑，则需要进行第二次操作以达到冷板所需的平整度规格。

通常，挤压或铸造的最低购买量非常高，因此您需要正确应用它们来证明使用这些工艺的合理性。挤压和铸造都可以节省大量成本。

（2）表面粗糙度

表面粗糙度（光滑度）可能会大幅增加成本，但对性能影响不大。与某些人的观点相反，粗糙度对冷板的热性能影响相对较小。

在大多数应用中，液冷板与组件之间的表面接触小于 10% 或气隙超过 90%。更光滑的表面只会稍微降低气隙的百分比。典型的机加工冷板的表面光洁度为 32-64 μ in (81-163 μ cm)，这对于大多数应用来说已经足够了。使用标准加工中心可以将粗糙度降低到 16 μ in (41 μ cm)，但这需要更坚固的夹具来减少任何潜在的颤动并降低加工头速度和进给速度。降低速度和进给速度意味着加工中心的时间更长，从而增加成本。

大多数应用在组件或电路板和液体冷却板之间使用热界面材料 (TIM)，以帮助最大限度地减少间隙。TIM 应尽可能薄，因为其相对较高的热阻会极大地掩盖任何导电性改进，并使表面更光滑。增加组件或板在冷板上的夹紧力也有助于抵消更高的粗糙度，但可能会增加板或组件上的应力。当冷板和组件或电路板加热时，夹紧应力也会增加热膨胀系数不匹配的影响。

（3）表面光滑度
与表面粗糙度相比，表面光滑度对冷板散热性能的影响更大，因为如果冷板不光滑，接触面积就会大大减少。标准的平整度规范为每英寸 1 英寸（每厘米 0.03 厘米）。因此，在距离测量点一英寸的范围内，冷板的最低点不会比最高点低 0.001 英寸（每厘米 0.003 厘米）。如果要求平整度优于每英寸 0.001 英寸（每厘米 0.003 厘米），一种经济有效的方法是规定局部平整度，而不是规定整个板的紧密平整度。

（4）硬度

铸造、挤压或真空钎焊的冷板在加工后非常柔软，通常只有 T{{0}} 硬度。由于软铝难以加工和处理，因此必须对冷板进行硬化处理。要将硬度从 T0 提高到 T4，必须对冷板进行热处理。热处理过程包括将冷板加热到 1000 华氏度（538 摄氏度），使其在该温度下每英寸冷板厚度保持约 1 小时，然后通过快速冷却使其受到热冲击。冷却冷板的一种方法是将其直接从炉中取出并放入水浴中。要将冷板从 T4 带到 T6，必须对冷板进行人工时效。这是通过将冷板置于 300 华氏度-400 华氏度（149 摄氏度-204 摄氏度）下 8-16 小时来实现的。T6 提供非常坚硬且具有高抗拉强度的冷板，这是军事和航空航天应用的典型要求。但对于大多数应用来说，T4已经够难了，再指定T6只会增加不必要的成本。

（5）安装特征/孔
冷板制造中另一个增加成本的因素是孔的增加。一个孔可能会使冷板的成本增加高达 3 美元。钻孔成本增加的主要原因之一是无法在流体路径中钻孔。因此，对于管状冷板，需要弯曲管道以容纳孔，而每次弯曲都会增加成本。对于真空钎焊冷板，必须在流体路径中创建一个岛，这也意味着对内部翅片进行电火花加工 (EDM)。这将大大增加加工时间，从而增加成本。

对孔的位置和间距的严格公差也会推高成本。合理的公差规范为±{{0}}.005 英寸（± 0.013 厘米）。与平面度一样，尽可能指定局部公差将降低成本。对于孔彼此相距相对较远的大型冷板，公差变得更难保持。原因之一是机床公差会随着头部移动距离的延长而增大。另一个原因是机加工车间可能存在高达 18 华氏度（10 摄氏度）的热梯度，这可能导致冷板膨胀或收缩高达 0.005 英寸（± 0.013 厘米）。通孔最容易指定更严格的公差，因为它们的创建是通过单个工具操作完成的，而螺纹孔不太可能有公差，因为制作它们涉及两个工具。螺旋油是最难公差的，因为该工艺需要攻丝孔，而螺旋油本身也有公差。所有公差加起来使制造变得更加困难和昂贵。避免小攻丝孔也有助于降低成本。孔径为 4-40 或更小的孔很难攻丝，因为丝锥可能会在钻孔过程中断裂。为了尽可能减少这个问题，机器的运行速度必须慢得多。解决冷板严格公差要求的一种方法是增加组件或电路板上安装孔的尺寸。

（6）液体连接
对于液体连接，直螺纹 O 形圈母端口通常效果最佳。除了焊接系统之外，它还以最低的成本提供最佳密封。管道连接（如 NPT 接头）无法为冷板等组件提供所需的精度。在真空钎焊冷板上，应避免使用外部螺纹配件，如倒钩或珠状配件，因为它需要其他操作（如焊接）来连接配件。此外，在运输过程中需要保护冷板以外的配件，这可能会增加包装成本。快速断开连接只应在必要时使用，因为它们每对的成本可能高达 75 美元0。需要频繁更换的冷板或电子设备需要快速断开连接。对于已经充满冷却液的冷板，它们也是必需的。对于液体连接，另一个需要考虑的因素是端口公差。通常，传入管道具有一定的灵活性。合理的公差在 ± 0.030 英寸（0.076 厘米）和 ± 0.060 英寸（0.152 厘米）之间。

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