3D打印技術參考注意到,由電子與光子設備熱管理技術委員會(ASME K-16)與半導體熱與熱機械多物理現象國際會議(IEEE ITherm),聯合舉辦的2026年學生冷板設計競賽,中國學生團隊再次取得好成績。
此次大賽共有三支隊伍進入決賽。分別是來自滑鐵盧大學和阿爾伯塔大學的MSAM MDAM團隊,香港中文大學、東華大學NERL-MNEMS團隊,以及中國諾丁漢大學的MicroAero團隊。
可以看出中國團隊一如既往地的具有強大實力。
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競賽概括
本次競賽仍然聚焦高功率電子設備的液冷散熱。參賽團隊要解決芯片表面功率分布不均導致的熱點問題,同時降低壓降,提升綜合性能指標。
也就是說,并不是單純要求把芯片溫度壓到最低才是優秀。
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設計的挑戰在于,高功率區域需要更高的散熱能力,但流體會自然選擇低阻力路徑,傳統微通道會顯著增加壓降,導致流量分配不均,造成熱點集中。
評分標準以品質因數(FoM)作為衡量依據,它能綜合衡量熱阻降低和壓降降低的程度,數值越高代表設計越好。
今年的參賽設計仍然以銅冷板為主,學生們將設計、分析并優化一種采用3D打印技術制造的冷板,撰寫白皮書,分析其設計并記錄設計過程。
電化學3D打印技術開發公司Fabric8Labs依然是本屆大賽的冷板制造商。
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??香港中文大學團隊
該團隊的設計特點為仿生分形流道銅冷板,他們將冷板分成了三個主區域,中心高功率區域的微通道尺寸為166.6μm(增強散熱),兩側低功率區的微通道尺寸為200μm(降低壓降),低功率區又進一步細分了高流量區、低流量區和極低流量區幾個子區域。
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整體采用雙層正交鰭片,微通道尺寸在X/Y方向上變化復雜,使用傳統加工困難,但適合3D打印高效制造。
該設計取得效果是,壓降顯著降低了27.7%,最高芯片溫度降低了0.5℃。其FoM值為9.46%。
?? 中國寧波諾丁漢大學團隊
該團隊的設計特點為復雜仿生/網狀流道銅冷板,使用拓撲優化方法生成了類似生物脈絡的分支熱通道結構,能夠優先將熱量從高功率區引導至邊緣。
但是,原始拓撲存在邊界層增厚和流動停滯的問題,設計團隊為了彌補這些不足,引入了流線型通道、變密度針鰭陣列、倒三角穿孔和集成的切片結構。
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經過多個版本的迭代,最終設計使壓降降低了45.2%,最高芯片溫度雖上升了3.08℃,但優化了流動阻力,整理熱-水力平衡指標為正,其FoM值為3.75%。
?? 滑鐵盧大學和阿爾伯塔大學團隊
該團隊的產品設計特點是平行直通道銅冷板。
設計中包含兩種混合結構,入口區采用直矩形微通道,壁厚和通道寬度均為0.125mm,高度2mm用于冷卻高功率區;下游區采用拓撲優化矢量場定向布置的流線型翼型鰭片(Streamfins) ,其頭部與尾部的直徑均為0.1mm,半翼展為0.246mm,采用順列陣列,用于冷卻低功率區域。
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該設計使壓降降低了42.5%,最高芯片溫度上升了0.5℃,FoM值為10.96%。在高流量下,散熱能力超過基準設計。
該競賽是全球熱管理領域極具影響力的學生賽事。根據3D打印技術參考對該大賽的關注,上一屆比賽中國團隊成績就很顯著,其中就有香港中文大學和寧波諾丁漢大學。
如今,流道設計從傳統平行通道,開始向仿生分形、網狀微通道等復雜結構演進,體現了3D打印技術在熱管理領域的應用趨勢。
設計的先進性變得更為重要,相關人才的缺乏已成為新問題。
可以看出,上述兩所高校在3D打印冷板研究賽道已經積累了大量經驗。同時,他們也將為這一新興應用輸送大量高端人才。
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