中科院金属所增材制造新型热管和梯度吸液芯结构一体化制造研究取得重要进展|中科院金属所|吸液芯|梯度|热流|热管|电化学

近日，中国科学院金属研究所与其合作伙伴在热管增材制造领域取得重要突破。研究团队开发出基于电化学沉积的增材制造技术，解决了Ω槽道与梯度吸液芯一体化制造的难题。

我们可以从当前AI芯片散热架构变革的背景下来尝试理解该技术的意义。随着AI算力需求爆发，单颗GPU功耗已从 NVIDIA H100的700W跃升至 Blackwell 架构的1200W以上，热流密度高达 1000W/cm²。早在单芯片功耗突破300-400W时，传统风冷便已触及物理极限；当功耗攀升至千瓦级，液冷已从可选项变为必选项。

在主流间接液冷方案中，冷板直接覆盖GPU/CPU表面，通过内部微通道与冷却液进行热交换。与此同时，热管凭借相变传热原理，在风冷散热器及液冷数据中心的热管背板、热管列间空调等散热方案中，将芯片及内存、主板等部件产生的高热流密度高效传导至远端散热结构，以避免局部热点导致性能受限或失效，成为解决高热流密度定向传热难题的关键元件。然而，现有沟槽式微热管已接近传热性能上限，亟需开发新一代设计以突破毛细极限和热阻瓶颈。

“3D Science Valley 白皮书图文解析

中科院金属所取得的进展正是通过增材制造技术，实现热管的性能跃升。目前，研究团队尚未详细披露电化学增材制造热管在AI芯片级散热及数据中心散热中的具体应用，敬请关注中国科学院金属研究所的后续研究与进展。

以下是中科院金属所对于这项成果的报道。

在新一代人工智能、大数据、云计算等产业高速发展的背景下，高性能芯片（如GPU、TPU）的算力需求呈指数级增长，导致功耗大幅攀升。同时，芯片封装尺寸不断缩小，使得热流密度急剧升高，狭小空间内的散热问题成为制约算力释放与系统可靠性的关键瓶颈。

无氧铜热管利用相变传热原理，能够高效地将芯片热量传导至散热模组并借助气流带走，是目前电子散热领域兼具性能与成本优势的主流方案之一。然而，现有梯形、矩形等沟槽式微热管已接近传热性能上限，亟需开发新一代齿形设计，以突破毛细极限和热阻瓶颈。具备超高导热系数（可达纯铜1000倍）的Ω形槽道热管，有望成为下一代电子散热的主流方案。而如何实现梯度多孔铜吸液芯与Ω槽道的一体化制造成形成为面临的国际难题。

图1 提出的梯度多孔铜结构电化学沉积增材制造方法

近期，中国科学院金属研究所材料控形控性研究部铜基材料与均质化课题组联合白俄罗斯国家科学院科学-实践材料研究中心和江西耐乐铜业有限公司，共同开发了电化学沉积增材制造技术，可在Ω槽道表面高效率原位生长多孔铜吸液芯结构，利用原子级堆垛方法实现了多孔铜孔径从纳米到微米梯度分布的可控调节。利用该方法制备的电化学增材梯度吸液芯结构的毛细力比传统铜粉烧结吸液芯结构提高了2倍，带有梯度吸液芯结构的Ω槽道比传统沟槽管的单管可散热功率提高了1倍。该方法解决了Ω槽道与梯度吸液芯结构的一体化制造难题，为新一代高导热铜热管在AI算力中心散热中的应用提供了有力支撑。