设计定制液冷板
当整块冷板热性能要求不一致时，设计师必须结合压降与成本来满足规格要求。热图（热负载分布图）中可能存在一处或者多处高热负载区域。如果存在压降、冷板表面温度均匀性、特殊形状或接口要求或者成本限制，导致无法采用标准冷板设计，就需要采用定制冷板解决方案。了解冷板技术、热规格以及设计流程包含的步骤，有助于优化定制冷板设计，实现价值与性能的良好平衡。
性能要求通常决定了采用哪种冷板技术与设计，而设计方案则会影响冷板成本。一般来说，冷板性能越高，成本也会随之上升。冷板技术包括 Press-Lock™ 管式、Hi-Contact™、带/不带胀管的枪钻式、通道式，以及带内翅片的钎焊式。以上技术按冷板效率和成本由低到高排序：
Press-Lock™ 管式冷板将铜管或不锈钢管压入通道式铝挤压型材中（见图 2）。定制管式冷板几乎可以设计为任何形状或尺寸，并且流道可定制以实现最优热性能。还可配套定制涂层、机加工、钻孔和攻丝。
Hi-contact™ 液冷板利用自研压制管几何结构在板内实现高效传热。该技术可优化管道与冷却表面的接触面积，实现向冷却液的高效传热。Hi-Contact™ 结构可尽量减小导热环氧树脂胶层的厚度，使更多热量从铝板传入管内。管道可选铜、铝和不锈钢材质，可根据应用需求定制不同的流道布局和管径。
枪钻冷板是在铝板上钻通深孔。适当时，可插入并胀接铜管或不锈钢管。这样可制得双面冷板，并可进行钻孔或攻丝加工。枪钻冷板的另一项优势在于其公差比管式冷板更严格，平整度要求尤其严格（图 3）。
通道式冷板是带有多通道、机加工通道，或其他工艺成型通道的挤压件。挤压件只能制作直通道，但借助机加工和其他新型金属切削方法可实现散热更高效的流道形状。通道式冷板可制成任意长度，并可组装成梯级结构，也可集成到基板中，实现大面积散热（图 4）。此类冷板还可进行化学转化涂层或阳极氧化处理，以增强防护。伊顿针对不同的阻抗范围、压降和流量开发了多种流道布局。
内翅片钎焊冷板由两块金属板与内部翅片冶金结合为一体。此类冷板可接受真空钎焊，并提供多种翅片密度和形状（平直式、百叶窗式、开缝错列式等）。这种内翅片（例如 CP30 冷板内翅片）可增加有效的传热面积，同时扰动流体产生湍流。钎焊冷板通常具有最大的设计灵活性。（参见图 6）
除以上四种冷板技术之外，还有四种热需求场景，列示如下：
在定制冷板设计中，冷板场景 2 和 3 最常见。场景 1 到 4 按复杂度和成本递增的顺序列出。
在按任何规格设计定制冷板时，多数热设计专家遵循以下步骤：确定热图、构思液冷回路概念、计算温升与压降，并在必要时重新规划液冷回路。
鉴于可能存在多种热场景，定制冷板设计的第一步是详细定义热图。要创建热图，工程师需要了解待冷却部件的尺寸、位置和热负载。还需知道冷板允许最高表面温度；冷却液成分、流量和进口温度；以及可用压降。此外，还必须计算每个部件的热流密度，必要时还需考虑热扩散。
下一步是生成液冷回路概念的第一版方案。液冷回路必须具备必要性能，可以冷却液冷回路中热流密度最高的部件以及位于其下游的各个部件。此外，液冷回路还必须在可接受的压降范围内保持规定的流量。有时，可采用冷却液串联通道不等宽、在各部件下方设置不同的翅片密度，以及改变翅片高度和类型等技术，平衡性能和压降之间的矛盾。翅片的几何形状和高度决定“翅片效率”，即翅片向冷却液传热的效果。
有时，高热流密度部件的形状（例如较大的圆形接触面）需要改变通道宽度方向上自然形成的均匀流量分布，迫使其变为非均匀分布，可通过在通道宽度方向上使用不同长度的翅片或不同的翅片密度来实现。设计师可以在下一个部件之前增设均流池或者混流池。另一项流体分配挑战是在流道中增加“避让岛”结构，用于部件安装固定。这些挑战都可能增加冷板成本，因为需要增加翅片件数、在型腔内设置多级深度、进行多次翅片成型设备调试，以及采用 EDM（电火花加工）切割。
在确定液冷回路方案后，应通过计算各部件下方的最高表面温度和总压降来验证热图。所有关键发热区域都必须纳入建模。如有任何参数不符合要求，就必须修改液冷回路，并重新进行计算。
如果冷板需要分区设置不同的最高表面温度（如热场景三），且常规液冷回路无法满足规格要求，应重新规划液冷回路，使温度最低的冷却液优先流向关键器件，或将一部分冷却液直接分流到这些器件。
如果冷板要求指定了最高表面温度和温度均匀性（如热场景四），设计过程会更加复杂。要实现相同部件之间最高表面温度均匀，最简单的解决方案是将这些部件布置在平行流道的类似位置。目标是让回路向这些部件提供温度一致、流量充足的冷却液。另一种实现整块冷板温度更均匀的工艺是采用逆流布置。在单面或者双面的多条平行流道中，相邻流道的冷却液流向相反。对于单面受热或者超薄冷板，该方式可以显著降低表面温度梯度。设置两层相互独立的流道，也可以实现类似效果。
部分热、机械指标，会迫使液冷回路采用不合理的走向，造成设计复杂度与成本上升。例如，应用中常常预先确定安装孔位置，液体回路必须绕开这些孔位，或者部件和流体进出口位置已经固定，大幅限制液冷回路的设计选项。通常，设计要求越灵活，冷板工程设计难度越低，也越容易节约成本。热设计工程师与印刷电路板设计师或电气工程师紧密协作，可对部件的间距和摆放位置提出建议，确保设计同时满足电气和散热要求。这样可以大幅简化冷板设计，并降低成本。如需详细了解冷板成本信息，请参阅我们关于冷板制造成本动因的文章。
必须掌握各类设计技巧，设计的定制冷板才能满足严苛的热和机械要求。定制冷板有成千上万种设计组合，必须具备专业的工程能力才能做出正确决策。进出口位置的灵活配置、合理的液冷回路规划，以及采用合适的翅片或流道结构，有助于针对应用打造高性价比热管理方案。随着热负载越来越集中，散热可用空间越来越紧凑，定制冷板会越来越多地用来满足各类独特液冷需求。伊顿拥有数十年印刷电路板和电子设备定制冷板设计制造经验，能够达到甚至超越客户对高热性能以及成本控制的要求。
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