艾科美：引領(lǐng)傳熱技術(shù)與熱控設(shè)備產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展

◎ 文/段雨默

艾科美：引領(lǐng)傳熱技術(shù)與熱控設(shè)備產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)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(shù)展覽會在北京召開。此次展會吸引了全國600多家企業(yè)參展，設(shè)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(fā)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(yōu)越、更輕便、成本更低廉的新產(chǎn)品，融數(shù)項核心技術(shù)于一體，填補(bǔ)了行業(yè)空白，達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。許多人相信，它的出現(xiàn)，或?qū)砩嵯到y(tǒng)的一次革命，也預(yù)示和加速我國散熱技術(shù)新紀(jì)元的到來。

液氮、水冷、熱管、均熱板是現(xiàn)代核心散熱領(lǐng)域的主流技術(shù)，各有優(yōu)缺點。其中，熱管散熱是當(dāng)前應(yīng)用最為普遍的技術(shù)。而均熱板具有導(dǎo)熱性能更強(qiáng)、更輕便等諸多優(yōu)點，被譽(yù)為“熱管的終極形態(tài)”。長久以來，工業(yè)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(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，將大大降低諸多電子產(chǎn)品的復(fù)雜度和產(chǎn)品研制成本。

高頻擴(kuò)散焊接技術(shù)產(chǎn)品亮相

艾科美是此次展會受邀企業(yè)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(jī)箱等產(chǎn)品及獨家的高頻擴(kuò)散焊接技術(shù)，以及建立在自主研發(fā)和安全可控基礎(chǔ)上的傳熱、傳質(zhì)解決方案。

在展位現(xiàn)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(jìn)行對比試驗。結(jié)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(yuǎn)遠(yuǎn)好于銅板及鋁實體板。

業(yè)內(nèi)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(zhì)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?！卑泼揽偨?jīng)理徐德好研究員如是概括了公司新產(chǎn)品的市場優(yōu)勢。

隨著科技的發(fā)展，人類對技術(shù)和產(chǎn)品的要求越來越嚴(yán)格，如當(dāng)前各軍工企業(yè)急需解決功率大、散熱功能強(qiáng)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(zhì)材料，雖然比其他金屬導(dǎo)熱效果要好，但成本較高、質(zhì)量較重，限制了它的推廣應(yīng)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(jìn)步。

艾科美新產(chǎn)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(yè)展位現(xiàn)場，與企業(yè)相關(guān)人員進(jìn)行交流，了解、探討這一前沿技術(shù)。新技術(shù)產(chǎn)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(dá)成了合作協(xié)議。

均熱板普及應(yīng)用正當(dāng)其時

熱傳遞現(xiàn)象無時無處不在，它的影響幾乎遍及現(xiàn)代所有的工業(yè)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(xiàn)“月夜生存”，正是因為有熱控技術(shù)的護(hù)航。日常生活中熱控技術(shù)的應(yīng)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(diào)、溫室大棚等，可以說，很難找到和傳熱完全沒有關(guān)系的行業(yè)、部門或者工業(yè)過程。傳熱技術(shù)及相關(guān)材料設(shè)備的研發(fā)，已成為諸多系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。

在當(dāng)前四大散熱領(lǐng)域主流技術(shù)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(hù)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(fēng)扇、沒有噪音、免維修、安全可靠且環(huán)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(dǎo)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(jù)了解，均熱板技術(shù)的原理和現(xiàn)在廣泛采用的熱管基本一樣，都是通過內(nèi)部液體的蒸發(fā)凝結(jié)來導(dǎo)熱的。但均熱板導(dǎo)熱有它獨特的優(yōu)勢。均熱板是一個內(nèi)壁具有微細(xì)結(jié)構(gòu)的真空腔體，通常由銅制成。當(dāng)熱由熱源傳導(dǎo)至蒸發(fā)區(qū)時，腔體里的冷卻液在低真空度的環(huán)境中受熱后開始產(chǎn)生冷卻液的氣化現(xiàn)象，此時吸收熱能并且體積迅速膨脹，氣相的冷卻介質(zhì)迅速充滿整個腔體，當(dāng)氣相工質(zhì)接觸到一個比較冷的區(qū)域時便會產(chǎn)生凝結(jié)的現(xiàn)象。借由凝結(jié)的現(xiàn)象釋放出在蒸發(fā)時累積的熱，凝結(jié)后的冷卻液會借由微結(jié)構(gòu)的毛細(xì)管道再回到蒸發(fā)熱源處，此運作將在腔體內(nèi)周而復(fù)始進(jìn)行。

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

“目前，均熱板技術(shù)應(yīng)用較少，主要是高成本限制了它的使用率?！睏盍⑿陆淌谡f道。他是艾科美公司技術(shù)總監(jiān)，負(fù)責(zé)該公司的技術(shù)發(fā)展規(guī)劃、產(chǎn)品策劃和行業(yè)應(yīng)用策劃等工作。

據(jù)其介紹，艾科美推出的鋁制均熱板和散熱器等新技術(shù)產(chǎn)品，在制約均熱板廣泛應(yīng)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(guī)?；瘧?yīng)用。

先進(jìn)工藝支撐創(chuàng)新發(fā)展

艾科美專注于先進(jìn)傳熱、傳質(zhì)技術(shù)，構(gòu)建了一支高技術(shù)、高學(xué)歷、高素質(zhì)的人才團(tuán)隊，始終堅持在創(chuàng)新中求發(fā)展，著力研發(fā)、攻堅克難，用創(chuàng)新成果構(gòu)建了最美的風(fēng)景。

目前公司的主要產(chǎn)品包括：

——液冷冷板。艾科美研究的液冷技術(shù)包括捷變流道冷卻、微通道冷卻、射流冷卻等；新開發(fā)的捷變流道冷卻技術(shù)，常規(guī)流道即可達(dá)到微通道冷卻效果。

——鋁制均熱板。填補(bǔ)行業(yè)空白，達(dá)到國際領(lǐng)先水平；具有導(dǎo)熱性能優(yōu)異、重量輕、成本低等優(yōu)勢，均熱板當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)是金屬鋁的100倍以上。

——散熱器?；诰鶡岚寮夹g(shù)的散熱器（包括自然冷卻散熱器、強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱器）較常規(guī)散熱器熱阻降低50%以上。

——冷卻機(jī)箱。其研制的冷卻機(jī)箱（包括自然冷卻機(jī)箱、強(qiáng)迫風(fēng)冷機(jī)箱、液冷機(jī)箱）具有散熱效率高、強(qiáng)度大、重量輕等特點，廣泛應(yīng)用于航空、軍工電子領(lǐng)域。

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

據(jù)悉，艾科美現(xiàn)有真空高頻加熱焊接爐、毛細(xì)結(jié)構(gòu)真空輻射成型爐、真空微量充灌裝置、數(shù)控加工中心、精雕機(jī)等核心設(shè)備，突破了無釬高頻擴(kuò)散焊接工藝、梯度毛細(xì)結(jié)構(gòu)成型工藝、高精度微量充灌封裝工藝等核心制造技術(shù)，實現(xiàn)了高性能、高良率、低成本均熱板及散熱器的大規(guī)模制造。

“目前，我們的液冷冷板年產(chǎn)能可達(dá)50000只，均熱板產(chǎn)能為100000只，散熱器產(chǎn)能可達(dá)100000只?！毙斓潞谜f。

他表示，艾科美產(chǎn)品呈現(xiàn)的優(yōu)越性能，離不開其背后多項突破性核心技術(shù)的支撐。其中，高頻擴(kuò)散焊接冷板制造技術(shù)是代表性技術(shù)之一。

據(jù)徐德好介紹，液冷冷板大量應(yīng)用在電子、電力、能源、激光等行業(yè)中。簡單的液冷冷板可通過在板內(nèi)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(nèi)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(hù)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(nèi)諸多企業(yè)液冷冷板均出現(xiàn)冷板腐蝕問題，這與焊接工藝密切相關(guān)?！彼f。

針對這些現(xiàn)實問題，艾科美自國外引進(jìn)了先進(jìn)的高頻擴(kuò)散焊接技術(shù)，并在國內(nèi)行業(yè)專家的共同努力下，實現(xiàn)了國產(chǎn)化。擴(kuò)散焊接工藝應(yīng)用在液冷冷板制造工藝中，帶來了諸多優(yōu)點：（1）焊接強(qiáng)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(qiáng)；（3）可以焊接任意復(fù)雜流道結(jié)構(gòu)，任意精細(xì)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(jié)、鋁合金無釬焊接等核心技術(shù)，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。

滿足軍用電子設(shè)備需求

截至目前，艾科美的產(chǎn)品用戶已涵蓋國內(nèi)十大軍工集團(tuán)，在航天、IT、通訊、電力、激光、照明等多種行業(yè)也均有應(yīng)用。其研制的均熱板和均熱板散熱器已在戰(zhàn)機(jī)機(jī)載電子設(shè)備、驅(qū)逐艦艦載電子裝備、軍用服務(wù)器等領(lǐng)域裝配使用，為這些裝備攻克了迫切需要解決的設(shè)備冷卻難題，同時減小了設(shè)備體積重量。

中國船舶重工集團(tuán)公司第707研究所對艾科美生產(chǎn)的均熱板在軍用大功率數(shù)據(jù)處理板中應(yīng)用時的傳熱性能，開展了對比性試驗研究。

隨著設(shè)備數(shù)據(jù)處理量的增長，對數(shù)據(jù)處理板的處理速度需求也越來越高。因此，數(shù)據(jù)處理板中的CPU器件功率在不斷攀升。另外，幾乎所有設(shè)備都有小型化和輕量化的要求，導(dǎo)致設(shè)備的功率密度不斷增加，熱設(shè)計技術(shù)在當(dāng)前抗惡劣環(huán)境計算機(jī)行業(yè)遇到前所未有的挑戰(zhàn)：（1）熱設(shè)計對電子設(shè)備的可靠性影響巨大。據(jù)統(tǒng)計，55%以上的電子設(shè)備故障與散熱相關(guān)。研究表明，電子器件的故障隨元件溫度的升高呈指數(shù)關(guān)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(shè)備的熱設(shè)計中，即使是降低1℃，對設(shè)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(huán)境計算機(jī)尤為重要。（2）熱設(shè)計對電子設(shè)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(shù)的限制，許多設(shè)備工作功率受到限制。

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

艾科美生產(chǎn)的新型均熱板滿足了軍工行業(yè)發(fā)展的急切需求，意義巨大。

借助產(chǎn)學(xué)研合作跨越式發(fā)展

作為南京“321計劃”落地企業(yè)，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(chuàng)新為帆，求跨越式發(fā)展。作為國內(nèi)第一家成功研制鋁制均熱板的公司、第一家電子/電力設(shè)備熱控系統(tǒng)解決方案提供商、第一家先進(jìn)熱控技術(shù)民營研究機(jī)構(gòu)，艾科美的發(fā)展始終立足于創(chuàng)新，不斷研發(fā)填補(bǔ)空白、市場急需的技術(shù)產(chǎn)品，為企業(yè)發(fā)展贏得了細(xì)分市場。

艾科美重視與國內(nèi)外高等院校、科研機(jī)構(gòu)開展產(chǎn)學(xué)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(xué)微細(xì)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(xì)尺度流動與相變換熱機(jī)理領(lǐng)域的研究成果，指導(dǎo)艾科美的產(chǎn)品研發(fā)。此外，艾科美還與美國佛羅里達(dá)國際大學(xué)、東南大學(xué)建立了合作關(guān)系。這為艾科美“借外智”實現(xiàn)跨越式發(fā)展，提供了有力支撐。

經(jīng)過在核心工藝設(shè)備以及實驗測試和檢驗設(shè)備上的持續(xù)投入，艾科美的產(chǎn)能和質(zhì)量管控手段明顯提升。2013年，艾科美年產(chǎn)能為200萬元，如今已提升至5000萬元。

企業(yè)研發(fā)體系不斷完善，技術(shù)團(tuán)隊也在不斷壯大。艾科美成員50%以上具有研究生以上學(xué)歷，來自傳熱、機(jī)械、工藝等不同專業(yè)，是一支結(jié)構(gòu)合理的學(xué)科交叉型團(tuán)隊。從初步方案論證、仿真計算、詳細(xì)設(shè)計再到工藝設(shè)計，各個環(huán)節(jié)銜接井然有序。

長期的精細(xì)化管理、績效管理建設(shè)，使艾科美的管理日趨成熟。目前，艾科美已通過ISO9000和GJB9000質(zhì)量管理體系認(rèn)證?？冃Э己斯芾砼c過程管理的融合，深入產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)，嚴(yán)格把控產(chǎn)品質(zhì)量，突出對核心環(huán)節(jié)和關(guān)鍵路徑的把控，進(jìn)一步實現(xiàn)了管理的精細(xì)化、運營高效化的目的。管理上的透明、規(guī)范，也使團(tuán)隊運作更規(guī)范。基于“以人為本”的管理制度，該公司的企業(yè)文化也得到了進(jìn)一步完善，凝聚力和向心力進(jìn)一步提高，營造了和諧、進(jìn)取的良好氛圍，受這種氛圍的熏染，員工人心思進(jìn)，士氣旺盛，呈現(xiàn)出健康、持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展的態(tài)勢。

經(jīng)過3年多勵精圖治，艾科美積累日深，當(dāng)前已具備一定的品牌優(yōu)勢、資金優(yōu)勢、人才優(yōu)勢和管理優(yōu)勢，這為其未來實現(xiàn)持續(xù)、健康、穩(wěn)定發(fā)展夯實了堅實的基礎(chǔ)。

專家介紹

楊立新

1969年11月出生于上海，畢業(yè)于清華大學(xué)工程熱物理專業(yè)。北京交通大學(xué)機(jī)械與電子控制工程學(xué)院副教授，國家能源先進(jìn)燃料元件研發(fā)(實驗)中心學(xué)術(shù)委員。目前在南京艾科美熱能科技有限公司擔(dān)任技術(shù)總監(jiān)，負(fù)責(zé)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃、產(chǎn)品策劃和行業(yè)應(yīng)用策劃。他是傳熱傳質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)專家，致力于復(fù)雜過程的流動傳熱傳質(zhì)實驗及數(shù)值模擬研究。先后主持、參加國家自然科學(xué)基金面上項目各2項，承擔(dān)武器裝備預(yù)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(shù)”獲得北京市科學(xué)技術(shù)獎二等獎；近三年在國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文20余篇。曾榮獲北京交通大學(xué)優(yōu)秀主講稱號，獲北京交通大學(xué)教學(xué)成果二等獎2次(本科生/研究生)。

徐德好

研究員，畢業(yè)于東南大學(xué)電子設(shè)備結(jié)構(gòu)專業(yè)?，F(xiàn)任南京艾科美熱能科技有限公司總經(jīng)理。長期從事電子設(shè)備熱管理技術(shù)研究和電子裝備結(jié)構(gòu)總體設(shè)計工作。曾任南京電子技術(shù)研究所專業(yè)組長、資深設(shè)計師，主持研制多個國家重點電子裝備工程結(jié)構(gòu)研制，負(fù)責(zé)多項國防預(yù)研課題的研究。曾獲國家科技進(jìn)步二等獎1項，省部級科技進(jìn)步一等獎1項、二等獎2項、三等獎2項。