芯片散熱技術(shù)研究開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告

1 芯片散熱技術(shù)研究開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目 一 1 項(xiàng)目概述 目名稱(chēng) 芯片散熱技術(shù)研究開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)室建設(shè) 設(shè)性質(zhì) 對(duì)液態(tài)金屬芯片散熱器立項(xiàng)，研發(fā)完成系列化產(chǎn)品，并推動(dòng)其 20萬(wàn)套 /年產(chǎn)業(yè)化 目建設(shè)單位 人代表 目建設(shè)地址 北京市海淀區(qū)花園路庚坊國(guó)際發(fā)展中心 設(shè)目標(biāo) 以液態(tài)金屬芯片散熱器技術(shù)為基礎(chǔ)，依據(jù)市場(chǎng)的需要，研發(fā)出多品種、多用途的系列化液態(tài)金屬散熱器，并推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)化。 2 要建設(shè)內(nèi)容 發(fā)團(tuán)隊(duì)建設(shè) 擬組建包括散熱器結(jié)構(gòu) 工程師、電氣工程師、儀表工程師、材料工程師、熱設(shè)計(jì)工程師和團(tuán)隊(duì)管理人員在內(nèi)的 40 人研發(fā)團(tuán)隊(duì)。 驗(yàn)室建設(shè) 擬建項(xiàng)目占地面積 1000建（構(gòu)）筑物面積約 13000投資 元，購(gòu)置各種專(zhuān)用及通用測(cè)試、檢驗(yàn)設(shè)備。 2 項(xiàng)目 建設(shè) 的社會(huì)經(jīng)濟(jì)意義 及目前的進(jìn)展情況 目建設(shè)的必要性及 社會(huì)經(jīng)濟(jì)意義 近年來(lái)，各類(lèi)電子器件一直是朝著提高集成度及減小器件尺寸的趨勢(shì)發(fā)展，芯片功率與功率密度也急劇增加，而由此帶來(lái)的過(guò)高溫度將降低芯片的工作穩(wěn)定性，出錯(cuò)率增加，同時(shí)模塊內(nèi)部與其外部環(huán)境間所形成的熱應(yīng)力會(huì)直 接影響到芯片的電性能、工作頻率、機(jī)械強(qiáng)度及可靠性，所以芯片耗能和散熱問(wèn)題已成為重中之重。目前對(duì)高性能冷卻技術(shù)的需求已提到了前所未有的高度。對(duì)應(yīng)地，器件冷卻技術(shù)的市場(chǎng)需求也就隨之增長(zhǎng)，可以預(yù)期其容量將大大超越當(dāng)前水平。事實(shí)上不僅對(duì)于計(jì)算機(jī)芯片，對(duì)于各類(lèi)軍民用電子設(shè)備、通訊基站、大功率電子設(shè)備、光電器件以及近年來(lái)發(fā)展迅速的微 /納電子機(jī)械系統(tǒng)、生物芯片等都存在類(lèi)似的廣泛而迫切的散熱冷卻需要。信息產(chǎn)業(yè)目前已成為支柱產(chǎn)業(yè)之一，如果高集成度電子器件散熱問(wèn)題不能得到很好 3 的解決，必將對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)極大的限制，因此液態(tài)金屬散 熱技術(shù)是極其必要的。 液態(tài)金屬散熱技術(shù)，是世界首創(chuàng)的高新技術(shù)新型產(chǎn)業(yè)，具有應(yīng)用范圍廣，發(fā)展前景看好的優(yōu)勢(shì)。 本項(xiàng)目技術(shù)可同時(shí)開(kāi)發(fā)應(yīng)用于各類(lèi)計(jì)算機(jī)或其他高功率發(fā)熱電子元器件的散熱器。如：高功率密度領(lǐng)域、計(jì)算機(jī)、高能儀器設(shè)備、服務(wù)器、 明燈、激光器、激光武器、通訊基站、通訊機(jī)房、信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)站等。 本項(xiàng)目的實(shí)施將為發(fā)展超高功率密度芯片冷卻技術(shù)開(kāi)辟一條全新途徑，在廣泛的民用、工業(yè)及軍事領(lǐng)域尤其是涉及先進(jìn)熱量傳輸系統(tǒng)、克服散熱瓶頸及熱控技術(shù)和節(jié)能方面具有重大意義。 該項(xiàng)目的實(shí)施 符合國(guó)家調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式 的戰(zhàn)略要求。 可為全國(guó)范圍內(nèi)的計(jì)算機(jī)及高密度功率發(fā)熱領(lǐng)域解決熱障問(wèn)題，提高我國(guó)計(jì)算機(jī)及高密度功率領(lǐng)域設(shè)備的使用效率及性能，因此液態(tài)金屬散熱技術(shù)具有極大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)意義 。 目 目前的進(jìn)展情況 本項(xiàng)目已在太原市發(fā)改委立項(xiàng)并 批復(fù) ，同時(shí)通過(guò)了太原市環(huán)保局的環(huán)評(píng)。本公司 與中科院理化所簽訂了國(guó)內(nèi)獨(dú)家“液態(tài)金屬”專(zhuān)利技術(shù)轉(zhuǎn)讓合同，是山西省太原市與中關(guān)村進(jìn)行科技產(chǎn)業(yè)對(duì)接引進(jìn)的項(xiàng)目。 根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)展的需要，我公司與中科院理化所聯(lián)合在北京中觀(guān)村成立了項(xiàng)目研發(fā)中心（ 460 ）， 就產(chǎn)品的后續(xù)多領(lǐng)域應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化開(kāi)展產(chǎn)學(xué)研合作?，F(xiàn)有人員 40 人，其中從事 研發(fā)人員 20 人，均為本科以上學(xué)歷?，F(xiàn)已投入研發(fā)經(jīng)費(fèi)和其他費(fèi)用 1300 余萬(wàn)元。 4 本項(xiàng)目目前已 成功研制出適合多種用途的液態(tài)金屬配方 及實(shí)用化的樣機(jī)。見(jiàn)下圖 1、圖 2： 散熱翅片 導(dǎo)管 電磁泵 液態(tài)金屬 圖 1演示樣機(jī) 圖 2是實(shí)有用化樣機(jī) 5 3 項(xiàng)目計(jì)劃目標(biāo) 體目標(biāo) 項(xiàng)目總投資 12000 萬(wàn)元。起止時(shí)間為 中：土地費(fèi)（ 70 畝） 1400 萬(wàn)元，廠(chǎng)房、生產(chǎn)線(xiàn)及研發(fā)大樓 4500 萬(wàn)元，設(shè)備購(gòu)置（包括檢測(cè)設(shè)備） 2000 萬(wàn)元，專(zhuān)利及研發(fā)費(fèi) 2000 萬(wàn)元，流動(dòng)資金 1600 萬(wàn)元，其他 500 萬(wàn)元。 2012 年 試生產(chǎn) 2 萬(wàn)套液態(tài)金屬散熱器； 2013 年實(shí)現(xiàn)年產(chǎn) 10 萬(wàn)套生產(chǎn)線(xiàn) ； 2014 年實(shí)現(xiàn)年產(chǎn) 20 萬(wàn)套生產(chǎn)線(xiàn) 。 投產(chǎn)后計(jì)劃定員為 120 人。其中管理人員 10 人，技術(shù)研發(fā)人員30 人，一線(xiàn)工人 80 人。可新增就業(yè)人數(shù) 120 人。 濟(jì)目標(biāo) 在投資 元人民幣規(guī)模下 ,達(dá)產(chǎn)后可逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值 元、2 億元、 4 億元；實(shí)現(xiàn) 利稅 1200 萬(wàn)元、 8000 萬(wàn)元、 18000 萬(wàn)元。具體年度經(jīng)濟(jì)效益如下表 1： 表 1 公司銷(xiāo)售收入及利稅預(yù)測(cè)表 序號(hào) 項(xiàng) 目 2012 年 2013 年 2014 年 1 液態(tài)金屬芯片散熱器（萬(wàn)套） 2 10 20 2 平均銷(xiāo)售單價(jià)（元 /套） 2000 2000 2000 3 銷(xiāo)售收入、產(chǎn)值（萬(wàn)元） 4000 20000 40000 4 單機(jī)成本（元 /套） 1400 1200 1100 5 總成本（萬(wàn)元） 2800 12000 22000 6 銷(xiāo)項(xiàng)稅金（萬(wàn)元）（ 17%） 680 3400 6800 7 利潤(rùn)總額（萬(wàn)元） 520 4600 11200 8 所得稅（利潤(rùn)的 20%） 104 920 2240 9 凈利潤(rùn) 416 3680 8960 10 稅金總額 784 4320 9040 11 利稅總額 1200 8000 18000 6 本項(xiàng)目技術(shù)具有十分明確的產(chǎn)業(yè)化前景， 必將為我市帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 預(yù)計(jì)僅在國(guó)內(nèi)就 有 超過(guò) 100 億元的 市場(chǎng)， 全球市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益更是不可估量。 術(shù)指標(biāo) 液態(tài)金屬具有遠(yuǎn)高于水、空氣及許多非金屬介質(zhì)的熱導(dǎo)率 (如鎵導(dǎo)熱率約為水的 60 倍，高出空氣 1000 多倍 )，且具有流動(dòng)性，因而具有快速高效的熱量輸運(yùn)能力， 散熱器散熱功率密度 100W/100W 發(fā)熱功率液態(tài)金屬散熱器用于電磁泵及風(fēng)扇的耗電量 2000（始終單相，穩(wěn)定可靠，不需補(bǔ)充工質(zhì)） 18 發(fā)需定期補(bǔ)充工質(zhì)） 工質(zhì)驅(qū) 動(dòng)方式 機(jī)械泵（耗能，噪音大，易壞損，可靠性差） 電磁泵（節(jié)能，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，無(wú)噪音，不易壞損，可靠性?xún)?yōu)） 工質(zhì)泄 漏風(fēng)險(xiǎn) 較大 無(wú) 熱流密度 80W/以滿(mǎn)足高熱流密度散熱需求） 100W/1000W/以很好的滿(mǎn)足各種高熱 流密度散熱需求） 價(jià) 格 市場(chǎng)售價(jià) 800 3000元 與水冷相當(dāng) 目技術(shù)的來(lái)源及合作單位情況 項(xiàng)目技術(shù)的來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所。 中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所組建于 1999 年 6 月，是以原中國(guó)科學(xué)院感光化學(xué)研究所、低溫技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心為主體，聯(lián)合北京人工晶體研究發(fā)展中心和化學(xué)研究所的相關(guān)部分整合而成。全所現(xiàn)有專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員 321 人，其中有中國(guó)科學(xué)院院士 4 人（其中 1 人同時(shí)為第三世界科學(xué)院院士），中國(guó)工程院院士 2 人，研究員 68 人，副高級(jí)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員 93 人。理化技術(shù)研究所是有機(jī)化學(xué)、 無(wú)機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、凝聚態(tài)物理、制冷及低溫工程專(zhuān)業(yè)的博士和碩士學(xué)位及應(yīng)用化學(xué)碩士學(xué)位授權(quán)點(diǎn)，并設(shè)有化學(xué)、動(dòng)力工程、工程熱物理及物理學(xué)博士后流動(dòng)站?，F(xiàn)有在學(xué)博士生和碩士生 400 余人。 理化技術(shù)研究所是以物理、化學(xué)和工程技術(shù)為學(xué)科背景，以技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展為主的研究機(jī)構(gòu)?？傮w目標(biāo)是根據(jù)國(guó)家戰(zhàn)略需求和國(guó)際 19 科技發(fā)展前沿，開(kāi)展前瞻性應(yīng)用基礎(chǔ)研究、戰(zhàn)略高技術(shù)研究和成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化研究；突出技術(shù)創(chuàng)新的戰(zhàn)略性、關(guān)鍵性和集成性，在努力承擔(dān)國(guó)家重大任務(wù)的同時(shí)，加強(qiáng)與國(guó)內(nèi)外同行及行業(yè)、地方、企業(yè)的合作，探索促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化的新模 式和新思路；形成較強(qiáng)的科技綜合實(shí)力、集成創(chuàng)新能力和可持續(xù)發(fā)展能力，把理化技術(shù)研究所建設(shè)成為在國(guó)際上有重要影響的高水平的研究機(jī)構(gòu)。重點(diǎn)研究領(lǐng)域?yàn)楣夤δ懿牧吓c器件、低溫工程學(xué)新技術(shù)、綠色化學(xué)合成新技術(shù)、能源材料與新技術(shù)。全所下設(shè)若干重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（工程中心）、研究中心和研究組。 中國(guó)感光學(xué)會(huì)、中國(guó)化學(xué)會(huì)光化學(xué)委員會(huì)、中國(guó)制冷學(xué)會(huì)低溫專(zhuān)業(yè)委員會(huì)和中國(guó)物理學(xué)會(huì)低溫物理專(zhuān)業(yè)委員會(huì)等掛靠在理化所。負(fù)責(zé)編輯出版的刊物有影像科學(xué)與光化學(xué)。 在科研合作方面，課題組多次與國(guó)內(nèi)兄弟院校聯(lián)合開(kāi)展研究工作，并與國(guó)際科技組織進(jìn)行了多 學(xué)科、多領(lǐng)域課題的科研合作研究。共獲國(guó)家獎(jiǎng) 1 項(xiàng)，省部級(jí)獎(jiǎng) 1 項(xiàng)，其他獎(jiǎng) 6 項(xiàng)；出版中英文專(zhuān)著 25部 /篇；申請(qǐng)專(zhuān)利 148 項(xiàng)，其中授權(quán)專(zhuān)利 55 項(xiàng)；發(fā)表英文論文 177 篇，中文論文 206 篇；發(fā)表國(guó)際會(huì)議論文 109 篇，國(guó)內(nèi)會(huì)議論文 81 篇，技術(shù)力量相當(dāng)雄厚。 2 項(xiàng)目的成熟性和可靠性 中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所項(xiàng)目組已先期對(duì)各類(lèi)最基本的液態(tài)金屬散熱器原理性器件進(jìn)行了充分探索，取得了許多令人鼓舞的結(jié)果。本項(xiàng)目擬推向產(chǎn)業(yè)化的高功率密度器件散熱技術(shù)，已通過(guò)蠕動(dòng)泵及電磁驅(qū)動(dòng)等方式進(jìn)行了充分測(cè)試，結(jié)果表明，由于液態(tài)金屬具有遠(yuǎn) 20 高于普通流 體的熱導(dǎo)率，其冷卻效果明顯優(yōu)于已有流體冷卻技術(shù)，且利于整個(gè)散熱系統(tǒng)的微型化，這一前期工作為發(fā)展高散熱密度冷卻技術(shù)開(kāi)辟了新途徑。到目前為止，本實(shí)驗(yàn)室已實(shí)現(xiàn)了多類(lèi)電磁泵驅(qū)動(dòng)的液態(tài)金屬散熱器，進(jìn)一步揭示出該方法的優(yōu)越性，比如，流體金屬的運(yùn)行甚至在 更小電流下即可驅(qū)動(dòng)，這充分表明該散熱器具有十分突出的低功耗性。 這些前期進(jìn)展為本項(xiàng)目研究和產(chǎn)業(yè)化打下了良好基礎(chǔ)。 總之，液體金屬散熱器的冷卻性能十分快速顯著。形象的說(shuō)，這是一種純金屬型但又借助于液體流動(dòng)的高效微型散熱器，這些前期進(jìn)展為本項(xiàng)目研究的展開(kāi)打下了良好基礎(chǔ) ；此外，國(guó)際機(jī)構(gòu)在落后于本實(shí)驗(yàn)室的情形下，也相繼研制出用于計(jì)算機(jī)顯卡乃至臺(tái)式機(jī)、筆記本等的液態(tài)金屬散熱器，特別是知名顯卡生產(chǎn)廠(chǎng)商 司在中國(guó)臺(tái)北舉辦的 005 電子產(chǎn)品展會(huì)上展示了一款采用液態(tài)金屬散熱的圖像顯示卡，引起轟動(dòng)，被認(rèn)為是“超乎想象力”的技術(shù)，充分證實(shí)了此項(xiàng)技術(shù)的現(xiàn)實(shí)可行性和實(shí)用價(jià)值。但由于并不真正擁有液態(tài)金屬散熱技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán) (底層技術(shù)屬于本實(shí)驗(yàn)室 )，該公司原本宣布的于 2005 年秋季上市的液態(tài)金屬散熱器未能按預(yù)期舉行。 以上國(guó)內(nèi)外進(jìn)展態(tài)勢(shì)清楚表明，液態(tài)金屬散熱技術(shù) 已趨于實(shí)用產(chǎn)業(yè)化的成熟性和可靠性，特別是，由于我國(guó)擁有此領(lǐng)域內(nèi)的首項(xiàng)核心技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，本項(xiàng)目的實(shí)施無(wú)疑將更全面確立我國(guó)在該技術(shù)推廣應(yīng)用上的領(lǐng)先性。 21 四 1 產(chǎn)業(yè)化前景 本項(xiàng)目基于實(shí)驗(yàn)室在國(guó)內(nèi)外首次提出的液體金屬芯片散熱技術(shù)，系統(tǒng)研究以室溫下呈液體狀態(tài)的低熔點(diǎn)金屬及其合金作為冷卻流動(dòng)工質(zhì)的超高功率芯片散熱技術(shù)，探索篩選出可廣泛用于實(shí)際散熱器且熱工性能極佳的低熔點(diǎn)金屬及其合金組份，并通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)研究和技術(shù)探索，總結(jié)出低熔點(diǎn)液體金屬流體的流動(dòng)和強(qiáng)化換熱規(guī)律，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)、優(yōu)化及加工高 效的液體金屬芯片散熱器工業(yè)化樣機(jī)，直至將其推向大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用。本項(xiàng)目的實(shí)施將為發(fā)展超高功率密度芯片冷卻技術(shù)開(kāi)辟一條全新途徑，在廣泛的民用、工業(yè)及軍事領(lǐng)域尤其是涉及先進(jìn)熱量傳輸系統(tǒng)、克服散熱瓶頸及熱控技術(shù)方面具有重大意義。值得指出的是，由于這一先進(jìn)技術(shù)的前瞻性和重大實(shí)用價(jià)值，美國(guó)、德國(guó)及丹麥等多個(gè)國(guó)家已專(zhuān)門(mén)成立公司來(lái)推廣該技術(shù)，其方案與本實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)途徑完全一致，但在技術(shù)所有權(quán)的歸屬上則落后于我國(guó)。中科院理化技術(shù)研究所早于這些機(jī)構(gòu)申請(qǐng)了該項(xiàng)專(zhuān)利，擁有了自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，使國(guó)內(nèi)巨大的市場(chǎng)得到了充分的保證，國(guó)外很難 再將液態(tài)金屬制成的散熱器銷(xiāo)售到中國(guó)，而另一方面，中國(guó)則可將此類(lèi)芯片散熱器出口到美國(guó)等先進(jìn)國(guó)家的國(guó)際市場(chǎng)。 這種情況表明，本項(xiàng)目技術(shù)具有十分明確的產(chǎn)業(yè)化前景，以及十分重要的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。預(yù)計(jì)僅在國(guó)內(nèi)就可取得超過(guò) 100 億元的經(jīng)濟(jì)效益，全球市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益更是不可估量。 22 2 市場(chǎng)分析 本項(xiàng)目技術(shù)可同時(shí)開(kāi)發(fā)應(yīng)用于各類(lèi)計(jì)算機(jī)或其他高功率發(fā)熱電子元器件的散熱器。如：高功率密度領(lǐng)域、高能儀器設(shè)備、服務(wù)器、明燈、激光器、激光武器、通訊基站、通訊機(jī)房、信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)站、投影儀等，具有廣泛的市場(chǎng)前景。下面就通訊基站舉例說(shuō)明： 據(jù)估算， 2009 年中國(guó)僅 站耗電量就接近 32 億千瓦時(shí)，基站電費(fèi)近 20 億元，這還不包括空調(diào)、變電、傳輸?shù)饶芎?。電能在通信企業(yè)能源消耗中占有絕對(duì)比重，節(jié)能在電信行業(yè)勢(shì)在必行。在國(guó)內(nèi)電信市場(chǎng)日益飽和、競(jìng)爭(zhēng)壓力加劇的背景下，降低能耗節(jié)約開(kāi)支乃擺脫困境、提升利潤(rùn)的有效途徑。 通常來(lái)講，移動(dòng)通信基站由 備、天饋系統(tǒng)、傳輸設(shè)備、整流器、蓄電池組、交流配電屏、變壓器、空調(diào)、環(huán)境監(jiān)控等組成。根據(jù)消耗主體的不同，移動(dòng)通信基站能耗主要包括： 1 通信設(shè)備用電：通信設(shè)備用電主要取決于在網(wǎng)設(shè)備 數(shù)量及其功耗，同時(shí)也受限于網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷水平。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，通信設(shè)備用電占機(jī)房總用電量的 30%左右。 2 機(jī)房環(huán)境用電：基站機(jī)房對(duì)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的溫度、濕度、潔凈度有一定要求。為保障通信設(shè)備的正常運(yùn)行和使用壽命，必須采取必要的溫控措施來(lái)平抑因用電設(shè)備散熱、室外熱傳導(dǎo)以及維護(hù)人員熱輻射而引起的機(jī)房溫度升高。空調(diào)是基站機(jī)房的主要耗電設(shè)備，能耗比重約占 40% 50%。 因此，基站節(jié)能應(yīng)重點(diǎn)放在通信設(shè)備、機(jī)房環(huán)境兩大方向上。液 23 態(tài)金屬散熱技術(shù)正好可以和上述兩大節(jié)能方向結(jié)合，為通信設(shè)備提供高效散熱以 降低其能耗的同時(shí)，還可有效減少基站空調(diào)的負(fù)荷。根據(jù)測(cè)算，通訊基站使用本項(xiàng)目產(chǎn)品后，可直接節(jié)電 30% 50%，如在全國(guó)將充分顯現(xiàn)出降低能耗的重大作用。 因此，本項(xiàng)目技術(shù)具有十分明確的產(chǎn)業(yè)化前景，以及十分重要的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益，預(yù)計(jì)僅在國(guó)內(nèi)就可取得超過(guò) 100 億元的經(jīng)濟(jì)效益，全球市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益更是不可估量。 五 1 項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)方案 板型散熱器工藝設(shè)計(jì)方案 實(shí)現(xiàn)該類(lèi)器件的方案可有多種，比如附圖 3 給出的是我們前期提出的一種平板型液體金屬散熱器的生產(chǎn)工藝方案，它包括如下部件，詳見(jiàn)下圖 3。 24 圖 3 平板型 液體金屬散熱器 設(shè)計(jì) 與待冷卻器件表面相接觸的散熱片，用于將液體金屬所帶來(lái)的熱量散走的肋片散熱器，連通管路以及設(shè)置在連接管路上的用于驅(qū)動(dòng)液體金屬流動(dòng)的微泵；液體金屬或其合金的流體介質(zhì)封裝密閉在散熱片槽道內(nèi)。散熱器管道及基底可由高導(dǎo)熱金屬如鋁、銅或銀等材料做成，而散熱片內(nèi)的流道形式可多樣化，原則上現(xiàn)行所有的流通管道形式均可采用，因而器件的加工和組裝在工藝上不存在困難。 而僅利用器件運(yùn)行中所釋放熱量來(lái)驅(qū)動(dòng)的液體金屬散熱器，由于無(wú)任何運(yùn)動(dòng)部件及風(fēng)扇，這種裝置 徹底實(shí)現(xiàn)了無(wú)噪音運(yùn)行。溫差驅(qū)動(dòng)方法之所以有效，得益于液態(tài)金屬冷卻劑自身?yè)碛械膬蓚€(gè)獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：一是熱導(dǎo)率高，為傳統(tǒng)水類(lèi)換熱介質(zhì)的數(shù)十倍，因而傳熱能力優(yōu)異；二是作為導(dǎo)電性流體，易于采用無(wú)運(yùn)動(dòng)部件的磁力泵驅(qū)動(dòng)。以往，這種泵需要在大電流條件下工作，才能產(chǎn)生足以驅(qū)動(dòng)液態(tài)金屬循環(huán)的洛侖茲力，但如此一來(lái)會(huì)引起電路功耗及產(chǎn)熱較高，從而嚴(yán)重削弱技術(shù)的實(shí)用性。研究小組通過(guò)探索，成功地將驅(qū)動(dòng)電流降至最低 200 毫安以下，這一進(jìn)展使得利用溫差發(fā)電驅(qū)動(dòng)流體散熱成為可能。 通常，工作中的光電器件表面具有較高溫度，其與環(huán)境之間會(huì)形成自然的溫 差，因而利用這種溫差，可借助半導(dǎo)體發(fā)電片獲得電能后，轉(zhuǎn)而供應(yīng)磁力泵并驅(qū)動(dòng)循環(huán)通道內(nèi)的金屬冷卻劑流動(dòng)，從而完成熱量的輸運(yùn)。由此發(fā)展的散熱器可實(shí)現(xiàn)微型化及低功耗。目前不使用任何風(fēng)扇及外加電流，已能實(shí)現(xiàn) 50 瓦的散熱量，已能滿(mǎn)足普通器件的冷卻降溫需求，但要實(shí)現(xiàn)對(duì)更高功率密度器件散熱，則還需輔以一定的外加電流。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，其熱電轉(zhuǎn)換效率越來(lái)越高，因而 25 由此發(fā)展的溫差驅(qū)動(dòng)散熱技術(shù)預(yù)計(jì)會(huì)在各類(lèi)光電設(shè)備如筆記本電腦、臺(tái)式機(jī)、投影儀等發(fā)揮作用。 沉型散熱器工藝設(shè)計(jì)方案 考慮到通訊基站和通訊機(jī)房設(shè)備的特殊性，我 們?cè)O(shè)計(jì)了熱沉式散熱裝置。材料選用純銅。熱沉的外部尺寸是 4004008其內(nèi)部為一內(nèi)徑為 5 M 型流道，如下圖 4 所示。液態(tài)金屬工質(zhì)從入口進(jìn)入熱沉，流經(jīng)此 M 型流道，將所產(chǎn)生的熱量從熱沉的出口處帶走，發(fā)熱源位于基底表面。 圖 4 熱沉設(shè)計(jì)幾何模型 熱器生產(chǎn)工藝流程圖 26 2 裝備選擇方案及裝備技術(shù)水平 備選擇 裝備選擇方案依據(jù)用電量、體積、重量分為兩類(lèi)。 a）體積大、重量重、使用動(dòng)力電的設(shè)備配置在生產(chǎn)線(xiàn)，主要用于生產(chǎn)、測(cè)試、驗(yàn)證。此 類(lèi)設(shè)備主要保證裝配加工精度、外觀(guān)精致、液態(tài)金屬防氧化等指標(biāo)，另外還要保證批量生產(chǎn)效率。 b）體積小、重量輕、實(shí)用單相電并功率小的設(shè)備配置在實(shí)驗(yàn)室。此類(lèi)設(shè)備主要保證結(jié)構(gòu)、儀表、電氣設(shè)計(jì)研發(fā)的適用性，另外保證階段測(cè)試的完整性。 備技術(shù)水平 機(jī)械加工設(shè)備為保證加工精度、外觀(guān)精致，在車(chē)、銑、磨、鉆、焊工序全部采用國(guó)產(chǎn)技術(shù)水平領(lǐng)先的精密數(shù)控設(shè)備；為保證液態(tài)金屬防氧化性，液態(tài)金屬熔合爐采用國(guó)產(chǎn)技術(shù)水平領(lǐng)先的真空設(shè)備，同時(shí)在液態(tài)金屬灌注前用國(guó)產(chǎn)技術(shù)水平領(lǐng)先高抽真空設(shè)備對(duì)已裝配好的結(jié)構(gòu)體進(jìn)行抽真空作業(yè)，最后 用高精密檢漏儀進(jìn)行撿漏測(cè)試?？傊疄楸ＷC液態(tài)金屬散熱器系列化產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)業(yè)化的推廣，并在降低投入成本的前提下，主要生產(chǎn)、測(cè)設(shè)、檢驗(yàn)、驗(yàn)證設(shè)備均采用國(guó)內(nèi)技術(shù) 27 水平領(lǐng)先的設(shè)備。 備型號(hào)及需求 實(shí)驗(yàn)室裝備及需求見(jiàn)下表 4。 表 4 實(shí)驗(yàn)室裝備明細(xì)表 序號(hào) 名稱(chēng) 規(guī)格 型號(hào) 單位 數(shù)量 備注 1 式電腦 臺(tái) 30 2 記本電腦 臺(tái) 10 3 印 /復(fù)印 /掃描機(jī) 臺(tái) 2 4 示波器 臺(tái) 4 5 信號(hào)發(fā)生器 臺(tái) 3 6 寬帶信號(hào)發(fā)生器 臺(tái) 1 7 交流毫伏表 臺(tái) 10 8 字電橋 臺(tái) 1 9 臺(tái)式萬(wàn)用表 臺(tái) 3 10 直流穩(wěn)壓電源 臺(tái) 5 11 終端設(shè)備嵌入式軟件仿真 /編程器 套 3 生產(chǎn)線(xiàn)裝備及需求見(jiàn)下表 5。 表 5 生產(chǎn)線(xiàn)工藝設(shè)備明細(xì)表 28 序號(hào) 名稱(chēng) 規(guī)格 型號(hào) 單位 數(shù)量 備注 1 精密數(shù)控車(chē)床 套 10 2 精密數(shù)控銑床 套 10 3 精密數(shù)控磨床 套 10 4 精密數(shù)控焊機(jī) 套 5 5 激光切割機(jī) 套 1 6 數(shù)控鉆床 套 10 7 液態(tài)金屬熔合爐 套 4 8 超聲波清洗機(jī) 臺(tái) 4 9 抽真空設(shè)備 臺(tái) 4 10 檢漏儀 臺(tái) 4 11 機(jī)加檢測(cè)設(shè)備 套 5 12 抗靜電工作臺(tái) 臺(tái) 30 13 激光焊接與打標(biāo)設(shè)備 臺(tái) 2 14 掃描電子顯微鏡 2 15 電腦微機(jī) 用臺(tái)式電腦 臺(tái) 40 16 彎管機(jī) 套 5 17 消防車(chē) 15T 輛 1 18 消防水泵 Q=200H=60m 臺(tái) 1 19 消防泵 Q=60H=80m 臺(tái) 3 20 排污 泵 臺(tái) 5 29 21 交通工具 輛 4 六 1 項(xiàng)目實(shí)施方案 驗(yàn)室發(fā)展方向 實(shí)驗(yàn)室由山西福泰隆科技有限公司建立，中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所為協(xié)作單位，雙方合作以液態(tài)金屬散熱器的應(yīng)用開(kāi)發(fā)為主要發(fā)展方向。 驗(yàn)室主要目標(biāo) 實(shí)驗(yàn)室主要目標(biāo)是高功率密度領(lǐng)域、計(jì)算機(jī)、高能儀器設(shè)備、服務(wù)器、 明燈、激光器、激光武器、通訊基站、通訊機(jī)房、信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)站等領(lǐng)域液態(tài)金屬散熱技術(shù)的推廣其應(yīng)用，并形成產(chǎn)業(yè)化，為民用、工業(yè)及軍事領(lǐng)域尤其是涉及先進(jìn)熱量傳輸系統(tǒng)、克服散熱瓶頸及熱控技術(shù)和節(jié)能方 面作出貢獻(xiàn) 驗(yàn)室階段目標(biāo) 第一期項(xiàng)目擬投資 8000 萬(wàn)元，其中：實(shí)驗(yàn)室租金及實(shí)驗(yàn)室設(shè)備 500 萬(wàn)元；生產(chǎn)中心 土地費(fèi) 1400 萬(wàn)元（ 70 畝），廠(chǎng)房、生產(chǎn)線(xiàn) 4000 萬(wàn)元，設(shè)備購(gòu)置（包括檢測(cè)設(shè)備） 1500 萬(wàn)元，專(zhuān)利及研發(fā)費(fèi) 600 萬(wàn)元， 形成液態(tài)金屬生產(chǎn)線(xiàn)及液態(tài)金屬散熱器裝配線(xiàn)， 30 2012 年試生產(chǎn) 2 萬(wàn)套液態(tài)金屬散熱器；第二期 2013 年投資 4000萬(wàn)元，其中生產(chǎn)投資 1500 萬(wàn)元，研發(fā)經(jīng)費(fèi) 1000 萬(wàn)元，市場(chǎng)開(kāi)拓1500 萬(wàn)元。 2013 年形成年產(chǎn) 10 萬(wàn)套液態(tài)金屬散熱器規(guī)模； 2014年實(shí)現(xiàn)年產(chǎn) 20 萬(wàn)套生產(chǎn)線(xiàn)規(guī)模。 2 項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃進(jìn) 度安排 目建設(shè)期 項(xiàng)目建設(shè)期： 2012 年 1 月 2012 年 12 月。 目實(shí)施進(jìn)度計(jì)劃 企業(yè)已投資 1300 萬(wàn)與中科院 理化所 進(jìn)行液態(tài)金屬芯片散熱器 的研發(fā)合作和產(chǎn)業(yè)化的前期準(zhǔn)備工作，并于 2011 年 10 月在北京組建了實(shí)驗(yàn)室研發(fā)中心。目前 公司正按照標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品生產(chǎn)工藝及流程 積極籌備興建生產(chǎn)中心（生產(chǎn)線(xiàn)） ，積極準(zhǔn)備生產(chǎn)所需的各種原材料 ，具體進(jìn)度詳見(jiàn)表 6。 表 6項(xiàng)目工程進(jìn)度計(jì)劃表 序號(hào) 項(xiàng) 目 2012 年 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 可行性研究 2 工程地質(zhì)初勘 3 初步設(shè)計(jì) 31 4 提出設(shè)備 采購(gòu)清單 5 工程地質(zhì)詳勘 6 施工圖設(shè)計(jì) 7 施工準(zhǔn)備 場(chǎng)地平整 8 土建施工 9 設(shè)備安裝 10 試運(yùn)營(yíng)及投產(chǎn) 七 1 項(xiàng)目投資估算 項(xiàng)目總投資 12000 萬(wàn)元，其中建設(shè)及生產(chǎn)投 資 元，流動(dòng)資金 元，詳見(jiàn)表 7、表 8。 表 7 投資估算表 單位：萬(wàn)元 序號(hào) 工程或費(fèi)用名稱(chēng) 建筑工程 設(shè)備購(gòu)置 安裝費(fèi)用 其它費(fèi)用 總 價(jià) 一 建設(shè)投資 1 第一部分 工程費(fèi)用 圖 料庫(kù) 產(chǎn)車(chē)間 32 品庫(kù) 驗(yàn)中心 修間和庫(kù)房 氣工程 排水工程 暖通工程 合辦公樓 研發(fā)樓 工生活區(qū) 168 備品備件購(gòu)置費(fèi) 計(jì) 第二部分費(fèi)用 察設(shè)計(jì)費(fèi) 研及環(huán)評(píng)費(fèi) 設(shè)單位臨時(shí)設(shè)施費(fèi) 程監(jiān)理費(fèi) 市基礎(chǔ)設(shè)施配套費(fèi) 合試運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi) 產(chǎn)準(zhǔn)備費(fèi) 地費(fèi) 小計(jì) 第 一、二部分費(fèi)用合計(jì) 3 基本預(yù)備費(fèi) 4 建設(shè)期貸款利息 建設(shè)投資 鋪底流動(dòng)資金 總投資 表 8 主要