艾科美：引領傳熱技術與熱控設備產業創新發展

◎ 文/段雨默

艾科美：引領傳熱技術與熱控設備產業創新發展

◎ 文/段雨默

2016年6月中旬，為期三天的第五屆中國國防信息化裝備與技術展覽會在北京召開。此次展會吸引了全國600多家企業參展，設置展位1000多個，展示高新科技成果近1100項。其中由我國自主研發的一款鋁制均熱板散熱器，吸引眾多觀眾和行家駐足。這款散熱性能優越、更輕便、成本更低廉的新產品，融數項核心技術于一體，填補了行業空白，達到了國際領先水平。許多人相信，它的出現，或將帶來散熱系統的一次革命，也預示和加速我國散熱技術新紀元的到來。

液氮、水冷、熱管、均熱板是現代核心散熱領域的主流技術，各有優缺點。其中，熱管散熱是當前應用最為普遍的技術。而均熱板具有導熱性能更強、更輕便等諸多優點，被譽為“熱管的終極形態”。長久以來，工業界一直翹首以盼鋁制均熱板的到來， “千呼萬喚”之下，南京艾科美熱能科技有限公司（以下簡稱艾科美）終于將它研制成功。它的產業化應用，將大大降低諸多電子產品的復雜度和產品研制成本。

高頻擴散焊接技術產品亮相

艾科美是此次展會受邀企業中唯一致力于解決傳熱問題的高科技公司。艾科美帶來了均熱板散熱器、液冷冷板、冷卻機箱等產品及獨家的高頻擴散焊接技術，以及建立在自主研發和安全可控基礎上的傳熱、傳質解決方案。

在展位現場，一個對比性的小實驗吸引了眾多參觀者——將鋁制均熱板散熱器與銅實體板及鋁實體板放在同一熱源溫度條件下進行對比試驗。結果顯示，均熱板散熱器的熱源溫度比銅低十幾度，均溫性也遠遠好于銅板及鋁實體板。

業內人士都知道這個小實驗所透露信息的價值。

“早先的均熱板基本采用銅質材料，我們采用的是成本較低、更加輕便的鋁合金材料，在保證散熱效果的同時，重量大大減輕。”艾科美總經理徐德好研究員如是概括了公司新產品的市場優勢。

隨著科技的發展，人類對技術和產品的要求越來越嚴格，如當前各軍工企業急需解決功率大、散熱功能強及器件小型化、重量輕、可靠性高的問題。以往的均熱板基本都采用銅質材料，雖然比其他金屬導熱效果要好，但成本較高、質量較重，限制了它的推廣應用。艾科美推出的均熱板采用了成本較低、更加輕便的鋁合金材料，是一個巨大進步。

艾科美新產品的亮相，引起了不小轟動。各大研究所的工程師紛紛前往企業展位現場，與企業相關人員進行交流，了解、探討這一前沿技術。新技術產品也吸引了多家投資商前來洽談投資，并有來賓在參展過程中與艾科美達成了合作協議。

均熱板普及應用正當其時

熱傳遞現象無時無處不在，它的影響幾乎遍及現代所有的工業部門。

2013年12月14日，在億萬國人的屏息期盼中，“嫦娥”成功落月，“玉兔”信步虹灣，而“玉兔”之所以能在有300多攝氏度溫差的“廣寒宮”實現“月夜生存”，正是因為有熱控技術的護航。日常生活中熱控技術的應用也隨處可見。如作為PC電腦的重要組成硬件——散熱器，以及空調、溫室大棚等，可以說，很難找到和傳熱完全沒有關系的行業、部門或者工業過程。傳熱技術及相關材料設備的研發，已成為諸多系統成敗的關鍵。

在當前四大散熱領域主流技術中，液氮存在成本高、難裝卸、不易操作、無法長期使用的缺點。水冷是一種對于安裝和維護較有難度的散熱方式。熱管采用的是最簡單的空氣對流冷卻這種最直接和便捷的方式，無需風扇、沒有噪音、免維修、安全可靠且環保，這讓其迅速成為主流散熱器的主要組成部分。但是，均熱板擁有更好的導熱性能，并且對于重力沒有那么敏感，還可以很好地處理良品問題，故被普遍看好。

據了解，均熱板技術的原理和現在廣泛采用的熱管基本一樣，都是通過內部液體的蒸發凝結來導熱的。但均熱板導熱有它獨特的優勢。均熱板是一個內壁具有微細結構的真空腔體，通常由銅制成。當熱由熱源傳導至蒸發區時，腔體里的冷卻液在低真空度的環境中受熱后開始產生冷卻液的氣化現象，此時吸收熱能并且體積迅速膨脹，氣相的冷卻介質迅速充滿整個腔體，當氣相工質接觸到一個比較冷的區域時便會產生凝結的現象。借由凝結的現象釋放出在蒸發時累積的熱，凝結后的冷卻液會借由微結構的毛細管道再回到蒸發熱源處，此運作將在腔體內周而復始進行。

熱管導熱從一端傳導至另一端，它是一種線性導熱，是“一維”傳導。而熱管都不會做得很粗，這就決定了這種線性導熱的導熱路徑很窄，導熱能力有局限。均熱板導熱則不同，它是將熱量從一個面傳導至另一面，是“二維”傳導。整個金屬板都是導熱路徑，因此導熱效率大大增強。總體來看，均熱板實用時具備擴展熱阻低、均勻的熱通量、熱量快速擴散，重量輕等優點。

“目前，均熱板技術應用較少，主要是高成本限制了它的使用率。”楊立新教授說道。他是艾科美公司技術總監，負責該公司的技術發展規劃、產品策劃和行業應用策劃等工作。

據其介紹，艾科美推出的鋁制均熱板和散熱器等新技術產品，在制約均熱板廣泛應用的成本、重量、良品率等因素上取得了突破，有利于均熱板的規模化應用。

先進工藝支撐創新發展

艾科美專注于先進傳熱、傳質技術，構建了一支高技術、高學歷、高素質的人才團隊，始終堅持在創新中求發展，著力研發、攻堅克難，用創新成果構建了最美的風景。

目前公司的主要產品包括：

——液冷冷板。艾科美研究的液冷技術包括捷變流道冷卻、微通道冷卻、射流冷卻等；新開發的捷變流道冷卻技術，常規流道即可達到微通道冷卻效果。

——鋁制均熱板。填補行業空白，達到國際領先水平；具有導熱性能優異、重量輕、成本低等優勢，均熱板當量導熱系數是金屬鋁的100倍以上。

——散熱器。基于均熱板技術的散熱器（包括自然冷卻散熱器、強迫風冷散熱器）較常規散熱器熱阻降低50%以上。

——冷卻機箱。其研制的冷卻機箱（包括自然冷卻機箱、強迫風冷機箱、液冷機箱）具有散熱效率高、強度大、重量輕等特點，廣泛應用于航空、軍工電子領域。

——兩相流冷卻系統。應用于超高熱流密度器件冷卻的兩相流冷卻系統冷卻能力可以滿足400W/cm2功率密度器件散熱需求。

據悉，艾科美現有真空高頻加熱焊接爐、毛細結構真空輻射成型爐、真空微量充灌裝置、數控加工中心、精雕機等核心設備，突破了無釬高頻擴散焊接工藝、梯度毛細結構成型工藝、高精度微量充灌封裝工藝等核心制造技術，實現了高性能、高良率、低成本均熱板及散熱器的大規模制造。

“目前，我們的液冷冷板年產能可達50000只，均熱板產能為100000只，散熱器產能可達100000只。”徐德好說。

他表示，艾科美產品呈現的優越性能，離不開其背后多項突破性核心技術的支撐。其中，高頻擴散焊接冷板制造技術是代表性技術之一。

據徐德好介紹，液冷冷板大量應用在電子、電力、能源、激光等行業中。簡單的液冷冷板可通過在板內嵌管路（銅制或不銹鋼管路）的形式制作，高性能冷板一般采用鋁板焊接成型，鋁板內部按照冷卻需求加工成各種形式的冷卻流道。

“冷板的焊接工藝目前大多采用真空鋁釬焊或惰性氣體保護釬焊，也有部分采用電子束焊接、摩擦攪拌焊接等工藝。目前，國內諸多企業液冷冷板均出現冷板腐蝕問題，這與焊接工藝密切相關。”他說。

針對這些現實問題，艾科美自國外引進了先進的高頻擴散焊接技術，并在國內行業專家的共同努力下，實現了國產化。擴散焊接工藝應用在液冷冷板制造工藝中，帶來了諸多優點：（1）焊接強度高，在同等耐壓要求下，可以減小冷板壁厚，縮小冷板體積和重量；（2）焊接過程中，沒有任何釬料，冷板的抗腐蝕性能強；（3）可以焊接任意復雜流道結構，任意精細的流道也不會受到如釬焊工藝中溶化釬料帶來的堵塞，可以提高冷板的換熱性能。艾科美研制的鋁制均熱板解決了鋁合金粉末燒結、鋁合金無釬焊接等核心技術，填補了國內空白。

滿足軍用電子設備需求

截至目前，艾科美的產品用戶已涵蓋國內十大軍工集團，在航天、IT、通訊、電力、激光、照明等多種行業也均有應用。其研制的均熱板和均熱板散熱器已在戰機機載電子設備、驅逐艦艦載電子裝備、軍用服務器等領域裝配使用，為這些裝備攻克了迫切需要解決的設備冷卻難題，同時減小了設備體積重量。

中國船舶重工集團公司第707研究所對艾科美生產的均熱板在軍用大功率數據處理板中應用時的傳熱性能，開展了對比性試驗研究。

隨著設備數據處理量的增長，對數據處理板的處理速度需求也越來越高。因此，數據處理板中的CPU器件功率在不斷攀升。另外，幾乎所有設備都有小型化和輕量化的要求，導致設備的功率密度不斷增加，熱設計技術在當前抗惡劣環境計算機行業遇到前所未有的挑戰：（1）熱設計對電子設備的可靠性影響巨大。據統計，55%以上的電子設備故障與散熱相關。研究表明，電子器件的故障隨元件溫度的升高呈指數關系增加，器件工作溫度每升高10℃，失效率增加一倍，被稱為10℃法則。因此，在設備的熱設計中，即使是降低1℃，對設備的失效率降低也是一個可觀的量值，這對于軍用抗惡劣環境計算機尤為重要。（2）熱設計對電子設備的性能也影響巨大。一般說，模擬電路器件工作性能隨著工作溫度升高，性能急劇下降。囿于散熱技術的限制，許多設備工作功率受到限制。

對比性試驗結果顯示，蒸汽腔均熱板具有優異的熱擴展性能，有效降低板內了傳導熱阻，同時也可以降低組件殼體同冷板間的接觸熱阻，其應用可以大大降低器件工作溫度。均熱板的應用可以拓展單板功率限制，對于一標準LRM尺寸的模塊，在惡劣環境條件下，可以滿足120W功率的散熱需求。

艾科美生產的新型均熱板滿足了軍工行業發展的急切需求，意義巨大。

借助產學研合作跨越式發展

作為南京“321計劃”落地企業，艾科美從2013年4月23日成立至今已有3年，3年雖短，但對艾科美而言，卻走過了一段極不平凡的旅程，也有了翻天覆地的變化。

創新為帆，求跨越式發展。作為國內第一家成功研制鋁制均熱板的公司、第一家電子/電力設備熱控系統解決方案提供商、第一家先進熱控技術民營研究機構，艾科美的發展始終立足于創新，不斷研發填補空白、市場急需的技術產品，為企業發展贏得了細分市場。

艾科美重視與國內外高等院校、科研機構開展產學研方面的合作。如，艾科美同楊立新教授所在的北京交通大學微細尺度流動與相變傳熱北京重點實驗室長期合作，借助重點實驗室在微細尺度流動與相變換熱機理領域的研究成果，指導艾科美的產品研發。此外，艾科美還與美國佛羅里達國際大學、東南大學建立了合作關系。這為艾科美“借外智”實現跨越式發展，提供了有力支撐。

經過在核心工藝設備以及實驗測試和檢驗設備上的持續投入，艾科美的產能和質量管控手段明顯提升。2013年，艾科美年產能為200萬元，如今已提升至5000萬元。

企業研發體系不斷完善，技術團隊也在不斷壯大。艾科美成員50%以上具有研究生以上學歷，來自傳熱、機械、工藝等不同專業，是一支結構合理的學科交叉型團隊。從初步方案論證、仿真計算、詳細設計再到工藝設計，各個環節銜接井然有序。

長期的精細化管理、績效管理建設，使艾科美的管理日趨成熟。目前，艾科美已通過ISO9000和GJB9000質量管理體系認證。績效考核管理與過程管理的融合，深入產品生產過程中的各個環節，嚴格把控產品質量，突出對核心環節和關鍵路徑的把控，進一步實現了管理的精細化、運營高效化的目的。管理上的透明、規范，也使團隊運作更規范。基于“以人為本”的管理制度，該公司的企業文化也得到了進一步完善，凝聚力和向心力進一步提高，營造了和諧、進取的良好氛圍，受這種氛圍的熏染，員工人心思進，士氣旺盛，呈現出健康、持續、穩定發展的態勢。

經過3年多勵精圖治，艾科美積累日深，當前已具備一定的品牌優勢、資金優勢、人才優勢和管理優勢，這為其未來實現持續、健康、穩定發展夯實了堅實的基礎。

專家介紹

楊立新

1969年11月出生于上海，畢業于清華大學工程熱物理專業。北京交通大學機械與電子控制工程學院副教授，國家能源先進燃料元件研發(實驗)中心學術委員。目前在南京艾科美熱能科技有限公司擔任技術總監，負責技術發展規劃、產品策劃和行業應用策劃。他是傳熱傳質技術領域的技術專家，致力于復雜過程的流動傳熱傳質實驗及數值模擬研究。先后主持、參加國家自然科學基金面上項目各2項，承擔武器裝備預先研究項目和省部級項目幾十余項，其中參加的科技部“863”項目“蓄熱式燃燒冷凝型天然氣鍋爐技術”獲得北京市科學技術獎二等獎；近三年在國內外重要學術期刊發表論文20余篇。曾榮獲北京交通大學優秀主講稱號，獲北京交通大學教學成果二等獎2次(本科生/研究生)。

徐德好

研究員，畢業于東南大學電子設備結構專業。現任南京艾科美熱能科技有限公司總經理。長期從事電子設備熱管理技術研究和電子裝備結構總體設計工作。曾任南京電子技術研究所專業組長、資深設計師，主持研制多個國家重點電子裝備工程結構研制，負責多項國防預研課題的研究。曾獲國家科技進步二等獎1項，省部級科技進步一等獎1項、二等獎2項、三等獎2項。