1000W 高功率芯片散熱新突破！電化學沉積3D打印分布式冷板

南極熊導讀：AI算力持續攀升，芯片功耗不斷突破上限。傳統散熱方案早已難以支撐高密度運算需求。高功率芯片散熱難題如何破解？

△ECAM 3D 打印一體化構件，集成蓋板、噴嘴板與歧管板

2026年4月，南極熊獲悉，來自國立陽明交通大學、德克薩斯大學阿靈頓分校等的研究人員聯合開發并了一款分布式入口噴嘴與出口槽道冷板 DINOS?CP，旨在解決 AI、5G 及高性能計算場景下 1000W 級高功率芯片的散熱難題。他們的研究已發表在國際傳熱領域權威期刊《Applied Thermal Engineering》，題目為《Electrochemical additive manufacturing-based cold plate with distributed inlet nozzles and outlet slots for high-power-density electronics cooling》（基于電化學增材制造的冷板，配備分布式進氣噴嘴和出口槽，用于高功率密度電子冷卻）

研究背景：高功率散熱迫在眉睫
當前 AI、5G 與高性能計算技術快速迭代，數據中心與服務器芯片功耗持續攀升。以 NVIDIA Blackwell 架構為代表的新一代超級芯片，模組級熱設計功耗已經突破 1000W，單機柜功率密度達到 30?40kW，傳統風冷散熱完全無法滿足需求。

行業普遍轉向直接芯片液冷技術，主流方案為微通道刮削翅片冷板。這類產品存在明顯短板，芯片表面溫度分布不均，局部熱點風險高，內部流道狹窄帶來高壓降，運行時泵耗功率居高不下。分布式射流沖擊冷卻具備更好的散熱潛力，過往研究大多停留在裸芯片冷卻階段，缺少可工業化制造、可直接裝配使用的完整冷板結構。行業急需兼顧散熱性能、溫度均勻性、水力損耗與制造可行性的新型液冷方案。

研究內容：DINOS?CP 冷板創新設計與 ECAM 制造工藝
研究團隊提出全新DINOS?CP冷板，全稱分布式入口噴嘴與出口槽道冷板。冷板內部采用收斂式入口噴嘴、發散式出口槽道搭配微型圓柱針肋結構，冷卻液進入后均勻分布，沖擊換熱后快速排出，有效縮短內部流動距離，強化局部對流換熱效果。

△DINOS?CP 冷板等軸視圖、剖面圖及爆炸圖，展示冷板各組成部件與流體流動結構

冷板核心部件采用ECAM 電化學增材制造技術一體成型，使用純度 99.95% 的銅材料，導熱系數達到 380W/m?K，表面粗糙度 Ra 低于 1.3μm，最小制造精度達 33 微米。這種工藝可以穩定實現復雜微細流道、噴嘴與針肋結構，傳統 CNC 與常規金屬 3D 打印難以達到同等精度與表面質量。

冷板整體由噴嘴板、歧管板、蓋板、底座與外蓋板組成，ECAM 打印部件與黃銅 CNC 加工部件組合裝配，三處 O 型圈（O-ring）密封保證運行無泄漏。

實驗針對 30×30mm、1000W 熱負荷的芯片展開全流程測試。冷卻液選用數據中心常用 PG25 水?丙二醇混合液，入口溫度穩定在 45℃，流量覆蓋 0.75?2.5L/min 區間。對照組為傳統商用刮削翅片冷板 SF?CP，同時測試潤滑脂類導熱材料 CryoFuze7 與軟金屬導熱材料 FlexiMetal 兩種界面材料，全面評估散熱與水力性能。

實驗系統包含恒溫循環浴、直流電源、流量計、差壓傳感器、T 型熱電偶與數據采集裝置，精準測量表面溫度、熱阻、換熱系數、溫度均勻性、壓降與泵耗功率，所有數據經過嚴格不確定度分析，保證結果可靠。

△DINOS?CP 冷熱力性能實驗系統示意圖

研究結論
實驗結果顯示，DINOS?CP 冷板相比傳統 SF?CP 冷板，核心性能實現全面提升。

?熱阻降低 8%

?表觀換熱系數提升 6%

?壓力損耗降低 34%

?表面溫度均勻性最大提升 35%

?在達到 0.032℃/W 最大熱阻的關鍵指標下，DINOS?CP 所需泵耗功率比 SF?CP 減少 60%。

?搭配軟金屬界面材料時，熱阻可進一步降低 11%，芯片中心、最高與平均溫度最多下降 6.5%，換熱系數提升 15%。

?界面材料類型只影響散熱性能，對壓降與泵耗幾乎不產生作用。

研究團隊將 DINOS?CP 與近年文獻中四款分布式射流冷卻模塊對標，采用歸一化熱阻與歸一化泵耗進行公平對比。DINOS?CP 在更低泵耗下實現更低熱阻，綜合性能優于多數同類設計，同時適配數據中心標準 PG25 冷卻液，工程實用性突出。ECAM 制備的高純度銅部件，材料性能接近無氧銅，長期可靠性與傳統銅制冷板一致，適合數據中心穩定運行場景。

△DINOS?CP 冷板與文獻參考冷板的歸一化熱阻與歸一化泵耗性能對標結果

未來展望
團隊后續將圍繞 DINOS?CP 冷板開展三方面工作：

?第一，把單熱源設計擴展至多熱源架構，適配 ASIC、2.5D 封裝等多芯片高功率場景。

?第二，引入兩相流沸騰冷卻模式，應對更高熱流密度芯片散熱需求。

?第三，開展長期熱循環、老化與腐蝕測試，完成 ECAM 制造結構可靠性認證，推動產品進入規模化商用，成為下一代高功率密度電子設備的標準液冷方案。

總結
這項研究面向 1000W 級超高功率芯片散熱痛點，推出基于ECAM 電化學增材制造的 DINOS?CP 分布式液冷冷板。創新的收斂噴嘴、發散槽道與微型針肋結構，讓冷板在散熱效率、溫度均勻性、水力損耗三方面同步優化。相比傳統刮削翅片冷板，DINOS?CP 熱阻更低、換熱更強、壓降更小、泵耗更低。搭配高導熱軟金屬界面材料，整體性能進一步提升。方案兼顧創新設計與工業化制造能力，適配 AI 服務器、高性能計算、數據中心等核心場景，為下一代高密度電子設備提供安全、高效、節能的液冷散熱解決方案。

Electrochemical additive manufacturing-based cold plate with distributed inlet nozzles and outlet slots for high-power-density electronics cooling - ScienceDirect https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359431126009919

△視頻：查看南極熊3D打印視頻號