1000W 高功率芯片散热新突破！电化学沉积3D打印分布式冷板

南极熊导读：AI算力持续攀升，芯片功耗不断突破上限。传统散热方案早已难以支撑高密度运算需求。高功率芯片散热难题如何破解？

△ECAM 3D 打印一体化构件，集成盖板、喷嘴板与歧管板

2026年4月，南极熊获悉，来自国立阳明交通大学、德克萨斯大学阿灵顿分校等的研究人员联合开发并了一款分布式入口喷嘴与出口槽道冷板 DINOS‑CP，旨在解决 AI、5G 及高性能计算场景下 1000W 级高功率芯片的散热难题。他们的研究已发表在国际传热领域权威期刊《Applied Thermal Engineering》，题目为《Electrochemical additive manufacturing-based cold plate with distributed inlet nozzles and outlet slots for high-power-density electronics cooling》（基于电化学增材制造的冷板，配备分布式进气喷嘴和出口槽，用于高功率密度电子冷却）

研究背景：高功率散热迫在眉睫
当前 AI、5G 与高性能计算技术快速迭代，数据中心与服务器芯片功耗持续攀升。以 NVIDIA Blackwell 架构为代表的新一代超级芯片，模组级热设计功耗已经突破 1000W，单机柜功率密度达到 30‑40kW，传统风冷散热完全无法满足需求。

行业普遍转向直接芯片液冷技术，主流方案为微通道刮削翅片冷板。这类产品存在明显短板，芯片表面温度分布不均，局部热点风险高，内部流道狭窄带来高压降，运行时泵耗功率居高不下。分布式射流冲击冷却具备更好的散热潜力，过往研究大多停留在裸芯片冷却阶段，缺少可工业化制造、可直接装配使用的完整冷板结构。行业急需兼顾散热性能、温度均匀性、水力损耗与制造可行性的新型液冷方案。

研究内容：DINOS‑CP 冷板创新设计与 ECAM 制造工艺
研究团队提出全新DINOS‑CP冷板，全称分布式入口喷嘴与出口槽道冷板。冷板内部采用收敛式入口喷嘴、发散式出口槽道搭配微型圆柱针肋结构，冷却液进入后均匀分布，冲击换热后快速排出，有效缩短内部流动距离，强化局部对流换热效果。

△DINOS‑CP 冷板等轴视图、剖面图及爆炸图，展示冷板各组成部件与流体流动结构

冷板核心部件采用ECAM 电化学增材制造技术一体成型，使用纯度 99.95% 的铜材料，导热系数达到 380W/m・K，表面粗糙度 Ra 低于 1.3μm，最小制造精度达 33 微米。这种工艺可以稳定实现复杂微细流道、喷嘴与针肋结构，传统 CNC 与常规金属 3D 打印难以达到同等精度与表面质量。

冷板整体由喷嘴板、歧管板、盖板、底座与外盖板组成，ECAM 打印部件与黄铜 CNC 加工部件组合装配，三处 O 型圈（O-ring）密封保证运行无泄漏。

实验针对 30×30mm、1000W 热负荷的芯片展开全流程测试。冷却液选用数据中心常用 PG25 水‑丙二醇混合液，入口温度稳定在 45℃，流量覆盖 0.75‑2.5L/min 区间。对照组为传统商用刮削翅片冷板 SF‑CP，同时测试润滑脂类导热材料 CryoFuze7 与软金属导热材料 FlexiMetal 两种界面材料，全面评估散热与水力性能。

实验系统包含恒温循环浴、直流电源、流量计、差压传感器、T 型热电偶与数据采集装置，精准测量表面温度、热阻、换热系数、温度均匀性、压降与泵耗功率，所有数据经过严格不确定度分析，保证结果可靠。

△DINOS‑CP 冷热力性能实验系统示意图

研究结论
实验结果显示，DINOS‑CP 冷板相比传统 SF‑CP 冷板，核心性能实现全面提升。

•热阻降低 8%

•表观换热系数提升 6%

•压力损耗降低 34%

•表面温度均匀性最大提升 35%

•在达到 0.032℃/W 最大热阻的关键指标下，DINOS‑CP 所需泵耗功率比 SF‑CP 减少 60%。

•搭配软金属界面材料时，热阻可进一步降低 11%，芯片中心、最高与平均温度最多下降 6.5%，换热系数提升 15%。

•界面材料类型只影响散热性能，对压降与泵耗几乎不产生作用。

研究团队将 DINOS‑CP 与近年文献中四款分布式射流冷却模块对标，采用归一化热阻与归一化泵耗进行公平对比。DINOS‑CP 在更低泵耗下实现更低热阻，综合性能优于多数同类设计，同时适配数据中心标准 PG25 冷却液，工程实用性突出。ECAM 制备的高纯度铜部件，材料性能接近无氧铜，长期可靠性与传统铜制冷板一致，适合数据中心稳定运行场景。

△DINOS‑CP 冷板与文献参考冷板的归一化热阻与归一化泵耗性能对标结果

未来展望
团队后续将围绕 DINOS‑CP 冷板开展三方面工作：

•第一，把单热源设计扩展至多热源架构，适配 ASIC、2.5D 封装等多芯片高功率场景。

•第二，引入两相流沸腾冷却模式，应对更高热流密度芯片散热需求。

•第三，开展长期热循环、老化与腐蚀测试，完成 ECAM 制造结构可靠性认证，推动产品进入规模化商用，成为下一代高功率密度电子设备的标准液冷方案。

总结
这项研究面向 1000W 级超高功率芯片散热痛点，推出基于ECAM 电化学增材制造的 DINOS‑CP 分布式液冷冷板。创新的收敛喷嘴、发散槽道与微型针肋结构，让冷板在散热效率、温度均匀性、水力损耗三方面同步优化。相比传统刮削翅片冷板，DINOS‑CP 热阻更低、换热更强、压降更小、泵耗更低。搭配高导热软金属界面材料，整体性能进一步提升。方案兼顾创新设计与工业化制造能力，适配 AI 服务器、高性能计算、数据中心等核心场景，为下一代高密度电子设备提供安全、高效、节能的液冷散热解决方案。

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

△视频：查看南极熊3D打印视频号