Liquid cooling in data centres: new reliability requirements for PCB
Cold plates and immersion cooling impose requirements air-cooled boards never faced: coolant compatibility, CAF resistance and thermal-cycling reliability. The article covers material selection, the test items to demand, and what to negotiate when sourcing.
結論先行：液冷對 PCB 的影響，不是"多了一塊散熱板"這麼簡單，而是把整塊板從"空氣環境"搬進了"化學介質環境"。冷板式與浸沒式對板材的訴求完全不同：前者主要考驗熱迴圈與大電流載流，後者則直接考驗材料與冷卻液的長期相容性。採購與工程如果仍按風冷板的選型慣性走，最容易在 1000 小時可靠度測試上翻車——而那時已經量產在即。
一、兩種液冷路線，對 PCB 的要求不一樣
冷板式（cold plate）：PCB 仍是乾的
冷板透過導熱介面材料貼在大功率器件上，PCB 本體不接觸冷卻液。它的影響集中在三處：一是熱流密度，晶片級熱點可超過 100 W/cm²，導致近冷板區與遠端形成大溫差，板面翹曲與焊點應力上升；二是大電流，為給器件供電，銅厚常走到 3~6oz 的厚銅常規範圍；三是熱迴圈，啟停造成的 -40~125 °C 迴圈對孔銅與焊墊是持續考驗。
浸沒式（單相 / 兩相）：整板浸入介質
整板長期浸在介電冷卻液（氟化液或合成烴）中，帶來風冷時代不存在的問題：樹脂增塑劑與殘留單體析出、層壓介面吸液溶脹、塗層附著力下降，以及液體分解產物對絕緣的長期影響。兩相浸沒還疊加沸點相變的大溫差衝擊，對熱膨脹匹配更苛刻。
二、選材與測試：把"是否浸沒"寫進第一份需求
- 吸水率與 CAF 抗性：浸沒與高溼環境下最怕陽極導電絲（CAF）。優先選吸水率 <0.15%、樹脂含量高、玻璃紗與樹脂結合緻密的板材；層間介質厚度建議 ≥0.10 mm，把離子遷移的路徑拉長。
- 介質相容性浸泡試驗：不要只看板材 TDS。要求供應商提供與目標冷卻液的路相容資料——1000 h 浸泡前後對比 Tg、Td、Dk/Df 與體積電阻（可參考 IPC-TM-650 2.5.5.9 表面絕緣電阻、2.6.2.1 吸水率）；電導率上升是析出的直接訊號。
- 熱迴圈：兩相液冷建議按 -40~125 °C、1000 次做迴圈後切片，重點看孔銅裂紋與銅層分離；冷板式可先做 500 次。
- 厚銅與高多層：供電與遮蔽需求會把疊構與銅厚同步推高。行業上 AI 伺服器載板層數已達 24~32 層，厚銅與大電流設計並行，這對壓合次數與電鍍均勻性都是壓力點。
三、採購與談判的可執行建議
- 階段化佈局：冷板式短期仍是主流（成熟、相容現有架構、改造成本低），浸沒式在超高功率密度機櫃（約 >100 kW/櫃）逐步放量。建議按"冷板相容 → 浸沒就緒"兩階段推進，先用現有板材滿足冷板需求，同時小批次驗證浸沒材料，避免一次性押注。
- 把可靠度寫進技術協議：把 CAF、熱迴圈次數、浸泡時長與前後引數允許變化幅度列成驗收項，作為來料與首件的判定依據。否則浸泡試驗一旦失敗，責任與改板成本很難界定。
- 要資料不要口頭承諾：向板廠索取材料—冷卻液相容試驗報告、CAF 測試記錄與熱迴圈切片，納入供應商評審；只提供產品目錄的，先劃入觀察名單。
- 批號追溯與測試成本預算：液冷板多用於資料中心，需可追溯批號。測試項增加會推高單價與週期，報價階段就應把可靠度測試費與樣品週期單獨列項，而不是事後追加。
四、趨勢判斷與節奏
液冷滲透率上升，本質是單櫃功率密度上升的被動結果，而不是 PCB 行業自身的技術選擇。對 PCB 採購的影響有三條主線：一是材料端從通用 FR-4 向低吸水、高 Tg、優異 CAF 抗性板材遷移，高階板材的議價權上升；二是製程端厚銅與高多層並行，抬高加工難度與良率風險；三是驗收端可靠度測試項增加，交付週期被拉長，單純比價的採購模式會越來越不適用。
建議在年度框架裡給液冷產品單獨設一組價格與交期基線，把"材料相容資料是否齊備"作為準入條件之一；同時把大尺寸、高多層與厚銅需求提前溝通，深圳市靈馨科技有限公司面向 AI 算力方向的能力覆蓋 1–44 層、成品銅厚最高 13oz（外層基銅最高 18oz）、最大加工尺寸 610×1100 mm，交期最快 24-48 小時，實際視產品複雜程度而定，工程與報價可傳送疊構與 Gerber 至 info@ipcba.com.cn 評估。
寄送 Gerber 與疊構要求，24 小時急件打樣通道可用。