液冷管路布局忽视贴片三极管热场教训
在液冷AI服务器与高端工业设备的研发中，工程师们的热设计焦点往往本能地投向GPU、CPU及大功率MOS管这些“发热大户”，精心为其规划冷却流道。然而，一个常见的疏忽随之产生：电源管理、信号转换与保护电路中的贴片三极管，其热需求容易被低估，其布局可能被随意安置在液冷管路的“冷却死角”。平尚科技在服务工业级液冷客户时，曾多次见证因此导致的隐性失效——系统级散热看似优良，但个别三极管却长期处于过热状态，引发参数漂移、可靠性骤降，最终导致整板功能异常。这一教训深刻揭示：在液冷系统中，热管理必须是全局的、协同的，任何元件的热场都不应被忽视。
贴片三极管在液冷环境中的热挑战有其特殊性。与大规模集成的芯片不同，它们通常分散在板卡的各个功能角落，执行着线性稳压、电平转换、驱动开关或保护监控等任务。虽然单颗功耗可能仅数百毫瓦，但在高环境温度下，其结温（Tj）会迅速攀升。一旦其安装位置远离有效冷却区域（如处于两块冷板接缝处、或主流道末端的低流速区），热量将无法被及时带走。更关键的是，三极管的热性能与其封装形式紧密耦合，不同的封装在相同的热环境下表现天差地别。以常见的SOT-23与更先进的DFN（双边扁平无引线）封装为例，其热表现对比鲜明：SOT-23封装：这是最通用的封装之一。其热量主要通过细长的引脚传导至PCB铜箔，再扩散散热。其结到环境的热阻（RθJA）通常很高，可达200°C/W以上。这意味着，当它消耗250mW功率时，在25℃环境温度下，其结温就可能升至75℃。若将其置于一个因液冷不均而实际温度达60℃的“热点”区域，其结温将轻松超过110℃，逼近甚至超过额定结温极限，长期工作必然加速老化。DFN封装：这种封装底部有一个裸露的、较大的金属散热焊盘。安装时，该焊盘直接焊接在PCB的铜垫上，并通过过孔阵列与内层接地平面连接，形成了高效的热传导路径。其RθJA可显著降低至80°C/W左右。在相同的功耗和恶劣环境温度下，其结温要低得多，可靠性自然大幅提升。这清晰地表明，封装选择本身，就是一种前置的热设计。
平尚科技从这些教训中总结出的核心原则是：将贴片三极管视为“微型热源”，并将其布局纳入整体液冷管路规划。具体实践包括：
热仿真前置：在PCB布局和冷板流道设计初期，即进行详细的热仿真。不仅要关注平均温度，更要识别出可能存在的局部高温区域，并避免将三极管布置于此。按热分级布局：对于功耗相对较大（如>100mW）或对温度敏感的三极管（如精密基准源中的调整管），强制要求将其布局在靠近冷板主流道、散热条件最佳的区域。封装与热环境的匹配：在已知散热条件欠佳的位置，必须选用热阻更低的封装（如DFN、QFN等），并严格按规范设计其底部的散热焊盘和PCB导热过孔。利用PCB作为热扩展器：即使无法直接接触冷液，也可以通过优化三极管下方的PCB设计（如增加铜箔面积、使用厚铜箔、布置导热过孔群），将热量横向传导至最近的冷却点。
因此，忽视贴片三极管热场的教训，本质上是系统级热设计思维不完整的体现。液冷系统的优势在于其强大的整体散热能力，但这一能力的红利必须通过精细化的“热地图”规划，公平且有效地覆盖到板卡上的每一个热源。平尚科技通过推动从“孤立散热”到“系统热协同”的设计理念变革，并辅以精确的封装选型与布局指导，帮助客户在液冷AI设备中，不仅驯服了“功率巨兽”，也呵护了每一个关键的“电路神经元”，从而构建起无短板的高可靠性热管理体系。
