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均熱板的應(yīng)用

文章出處:本站  責(zé)任編輯:Editor  人氣:2858  發(fā)表時間:2017-12-2 9:26:33  【

均熱板

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(yùn)作將在腔體內(nèi)周而復(fù)始進(jìn)行。

質(zhì):通常由銅制成
結(jié)構(gòu):內(nèi)壁具有微細(xì)結(jié)構(gòu)的真空腔體
主要用于:服務(wù)器、高檔圖形卡等產(chǎn)品
熱阻值:?0.25℃/W
應(yīng)用溫度:0℃100℃
 
均熱板通常用于需小體積或需快速散高熱的電子產(chǎn)品。目前主要使用于服務(wù)器、高檔圖形卡等產(chǎn)品。是熱導(dǎo)管散熱方式的有力競爭者。均熱板外觀上為一平面板狀物,上下各有一蓋相互密合,

其內(nèi)有銅柱支撐。均熱板上下兩銅片以無氧銅為材質(zhì),通常以純水為工作流體,毛細(xì)結(jié)構(gòu)以銅粉燒結(jié)或銅網(wǎng)之工藝制作。均熱板只要維持其平板特性,造型外廓上視應(yīng)用之散熱模塊環(huán)境而定較無限制,使用時亦無置放角度上之限制。實際應(yīng)用時在平板上任兩點所測得溫度差可小于10℃以內(nèi), 較熱導(dǎo)管對熱源之傳導(dǎo)效果更均勻,均熱板之名亦因此而來。常見之均熱板其熱阻值為 0.25℃/W,應(yīng)用于 0℃100℃

 
均熱板工作原理與熱導(dǎo)管者相同,包括了傳導(dǎo)、蒸發(fā)、對流、
 凝固四個主要步驟。均熱板是由純水注入布滿了微結(jié)構(gòu)的容器而成的雙相流體裝置。熱由外部高溫區(qū)經(jīng)由熱傳導(dǎo)進(jìn)入板內(nèi),接近點熱源周遭的水會迅速地吸收熱量氣化成蒸氣,帶走大量的熱能。再利用水蒸氣的潛熱性,當(dāng)板內(nèi)蒸汽由高壓區(qū)擴(kuò)散到低壓區(qū)(亦即低溫區(qū)),蒸氣接觸到溫度較低的內(nèi)壁時,水蒸氣會迅速地凝結(jié)成液體并放出熱能。凝結(jié)的水靠微結(jié)構(gòu)的毛細(xì)作用流回?zé)嵩袋c,完成一個熱傳循環(huán),形成一個水與水蒸氣并存的雙相循環(huán)系統(tǒng)。均熱板內(nèi)水的氣化持續(xù)進(jìn)行,隨著溫度的變化腔體內(nèi)的壓力會隨之維持平衡。水在低溫運(yùn)作時其熱傳導(dǎo)系數(shù)值較低,但因水的黏稠性會隨溫度不同而改變,故均熱板在5℃10℃時也可運(yùn)作。由于液體回流是借著毛細(xì)力作用,因此均熱板受重力的影響較小,應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計空間的運(yùn)用上就可為任何角度。均熱板無需電源亦無任何移動組件,是個完全密封的被動式裝置。
 
銅網(wǎng)擴(kuò)散接合與復(fù)合式微結(jié)構(gòu)
 與熱導(dǎo)管不同,均熱板產(chǎn)品制作上先抽真空再注入純水,以便能填滿所有微結(jié)構(gòu)。充填的介質(zhì)不用甲醇、酒精、丙酮等,而是使用除氣的純水,就不會有環(huán)保問題,并可提升均熱板的效能及耐用度。均熱板內(nèi)的微結(jié)構(gòu)主要有兩種型態(tài):粉末燒結(jié)、多層銅網(wǎng),兩者的效果相同。但粉末燒結(jié)的微結(jié)構(gòu)其粉末質(zhì)量與燒結(jié)質(zhì)量不易控制,而多層銅網(wǎng)微結(jié)構(gòu)施以擴(kuò)散接合均熱板上下之銅片及銅網(wǎng),其孔徑一致性及可控制性較優(yōu)于粉末燒結(jié)的微結(jié)構(gòu),質(zhì)量較穩(wěn)定。較高的一致性可使液體流動較順暢,進(jìn)而可大幅縮減微結(jié)構(gòu)的厚度,降低均熱板的厚度,業(yè)界已有在150W的熱傳量時3.00mm的板厚。采用銅粉燒結(jié)微結(jié)構(gòu)的均熱板,因質(zhì)量不易控制,整體散熱模塊通常需輔以熱導(dǎo)管之設(shè)計。
以擴(kuò)散接合的多層銅網(wǎng)其接合強(qiáng)度與母材具相同強(qiáng)度,因氣密性高就不需任何的焊料,在接合的過程中也不會產(chǎn)生微結(jié)構(gòu)阻塞,制成之均熱板的質(zhì)量較佳且耐用時間較長。以擴(kuò)散接合工法制作后如果孔洞漏氣,也可經(jīng)過重工修復(fù)。多層銅網(wǎng)除以擴(kuò)散使之接合外,在近熱源處接合較小孔徑銅網(wǎng)之層次狀設(shè)計,更可使蒸發(fā)區(qū)純水補(bǔ)充迅速,整體均熱板之循環(huán)更順暢。更有進(jìn)者將微結(jié)構(gòu)模塊化做區(qū)域化的設(shè)計,可運(yùn)用于多熱源的散熱設(shè)計。因此,以擴(kuò)散接合及區(qū)域化層次狀設(shè)計之均熱板,大幅增加了單位面積的熱通量,傳熱效果也就優(yōu)于燒結(jié)微結(jié)構(gòu)的均熱板。
 

均熱板與熱導(dǎo)管及壓鑄件的比較

均熱板與實心壓鑄件及熱導(dǎo)管之組合兩者基本上原理與理論架構(gòu)相同,不同處在于:維度、制作工法、抽真空及注水程序等。均熱板實用上具備擴(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。
 
均熱板在計算機(jī)上的應(yīng)用
由于熱導(dǎo)管散熱模塊技術(shù)較為成熟,成本較低,均熱板目前的市場競爭力仍不敵熱導(dǎo)管。但由于均熱板的快速散熱特點,目前其應(yīng)用針對電子產(chǎn)品如CPUGPU其功耗在 80W100W以上的市場。因此,均熱板多為定制化產(chǎn)品,適于需小體積或需快速散高熱的電子產(chǎn)品。目前主要使用于服務(wù)器、高檔圖形卡等產(chǎn)品,未來還可應(yīng)用于高階電信設(shè)備、高功率亮度的LED照明等的散熱。
 
均熱板的未來發(fā)展
 目前主要制作均熱板二維散熱毛細(xì)結(jié)構(gòu)的方法除燒結(jié)、銅網(wǎng)外,尚有溝槽、金屬薄膜等方法。技術(shù)發(fā)展上,將來如何進(jìn)一步降低均熱板之熱阻值,增強(qiáng)其熱傳導(dǎo)效果,以便搭配較輕如鋁制之鰭片,始終為研發(fā)人員努力的目標(biāo)。生產(chǎn)制作上提高生產(chǎn)良率,并尋找減少整體散熱解決方案之成本,皆為產(chǎn)業(yè)發(fā)展之方向。產(chǎn)品應(yīng)用上,均熱板已較熱導(dǎo)管自一維維度擴(kuò)展至二維面的熱傳導(dǎo),未來為解決其他可能之散熱應(yīng)用,新的均熱板解決方案正陸續(xù)被開發(fā)中?,F(xiàn)階段務(wù)實而言,就目前已發(fā)展的產(chǎn)品,如何擴(kuò)展應(yīng)用市場,為目前各均熱板業(yè)者當(dāng)務(wù)之急。
 
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