伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员开发了一种冷板设计工作流程，将拓扑优化与电化学增材制造相结合，用于生产具有微米级翅片几何形状的纯铜液冷组件。

该工作旨在解决冷板开发中的一个问题：计算设计工具通常会生成具有亚100微米特征的最优翅片结构，但传统制造方法无法可靠地在铜中生产这些结构。

“散热是芯片设计的瓶颈，”伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校机械工程研究生、该研究的第一作者Behnood Bazmi表示。

“通过弥合计算设计与制造能力之间的差距，我们的方法为芯片及其他电子设备实现更节能的液冷提供了途径。”

“拓扑优化最终会收敛到一个在最大化热性能和最小化泵送功率方面最优的设计，”伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的创始人教授Nenad Miljkovic补充道。

由此产生的翅片具有锥形轮廓和精细的分支尖端。这些几何形状增加了润湿表面积，并局部引导冷却液流动，但对于传统加工或基于熔融的金属增材制造工艺来说过于复杂。

为了在纯铜中实现这些几何形状，该团队与总部位于圣地亚哥的Fabric8Labs合作，其ECAM平台使用密集排列的可单独寻址微电极阵列，从水基电解液中沉积铜离子，以约33微米的体素分辨率逐层构建结构。

该工艺在室温下运行，避免了激光熔化或烧结相关的热变形，并生产出纯度高达99.95%的铜。大多数基于熔融的增材制造工艺由于铜的高反射率和导热性而难以处理这种材料。

“ECAM可以制造具有非常精细细节的纯铜零件——小至30到50微米，比人类头发的宽度还小，”Miljkovic说。水基电解液原料是可回收的，可以使用低成本金属盐或废铜进行补充，而基于阵列的打印头支持多个组件的批量制造，研究人员指出这与生产规模化相关。

该团队基于直接到芯片液冷架构对数据中心进行的能耗分析显示，对于一个耗散167千瓦的42U机架，所提出的解决方案仅消耗数据中心总能耗的1.1%用于冷却，总使用效率为1.011。

“使用我们的冷板，数据中心（对于一个1GW的设施）只需使用11MW用于冷却，而不是550MW，”Miljkovic说。