專題文章：鋁製微流道熱虹吸式 3DVC 散熱技術：突破高熱通量極限的創新解方

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鋁製微流道熱虹吸式3DVC，是面對AI時代高功率散熱挑戰的關鍵技術之一。它同時具備高效能、高結構彈性與高量產潛力，將成為氣冷與液冷之間的最佳橋樑，也是未來伺服器與AI平台散熱解決方案的重要拼圖。

一、技術背景

隨著 AI 運算功耗快速攀升，單一晶片TDP已突破1200W。傳統氣冷散熱技術（如Heatpipe、Vapor Chamber）面臨流動阻力與毛細結構限制，導致最大熱傳量受限於900W以下。為突破此瓶頸，「鋁製微流道熱虹吸式3DVC技術」應運而生，成為新一代高效散熱架構。

二、技術原理：熱虹吸與微流道的雙重強化

熱虹吸（Thermosyphon） 是一種不依賴毛細力，而是透過重力差驅動工作流體循環的相變散熱技術。
微流道結構（Microchannel） 則可大幅提升汽化區域的換熱面積與汽液分離效率。

結合兩者，形成：

  • 下方蒸發腔：高熱通量區，流體吸熱氣化
  • 上方冷凝腔＋鰭片：冷卻流體快速凝結並返回
  • 內部無毛細結構：降低流動阻力，支援高熱通量 (>1200W)

三、鋁製一體成型結構優勢

特點說明
鋁材重量輕密度僅為銅的1/3，適合大型模組輕量化設計
微流道可CNC加工或鋁擠製程彈性高，成本具規模效益
與鰭片一體成型整合避免多段熱阻界面，整體熱傳效率更佳
支援複雜異形設計適用於AI GPU Tray、1U機箱、網通設備等不同外形需求

四、實測與模擬驗證成果

項目傳統3D VC鋁製熱虹吸微流道模組
最大熱輸出功率約 900W>1200W
熱阻~0.07~0.1 ℃/W~0.03–0.05 ℃/W
對流鰭片效能利用率中等高（汽冷側移熱效率提升 30%）
重量高降低約 35%

五、應用情境與整合架構

1. AI GPU 散熱模組（單晶片TDP>1000W）

  • 鋁製微流道作為均熱板／熱源接觸層

  • 上方接鰭片並整合風扇構成氣冷模組

2. 邊緣運算設備

  • 搭配限空間模具設計，替代液冷方案

  • 避免管路、冷卻液、泵浦維護問題

3. 資料中心預熱交換模組

  • 作為液冷前級熱界面
  • 減輕冷板熱負載並穩定輸入溫差

六、技術挑戰與解決方案

技術挑戰解決策略
微流道結構精度要求高導入CNC或鋁擠＋表面處理技術（如粉體塗裝防氧化）
多段結構接合難度採Brazing製程，確保密封性與氣密可靠性
重力方向影響循環效能微流道設計強化液體引導回流，支持多方向應用（非直立設計）

七、未來展望

鋁製微流道熱虹吸技術在熱通量、成本、重量、製造可行性四者間取得極佳平衡，具有高潛力成為未來AI、伺服器、高密度運算設備的主流氣冷架構之一。

預期趨勢：

  • 成本逐年下降，取代部分銅製VC成為主流

  • 納入整機設計平台（如GPU Tray、冷卻套件）

  • 導入ESG材料設計（鋁材回收／低碳製程）

鋁製微流道熱虹吸式 3DVC 散熱技術：突破高熱通量極限的創新解方