均熱板的應(yīng)用

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_均熱板

均熱板是一個(gè)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(shí)，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(shí)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(gè)腔體，當(dāng)氣相工質(zhì)接觸到一個(gè)比較冷的區(qū)域時(shí)便會(huì)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(shí)累積的熱，凝結(jié)后的冷卻液會(huì)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。

材質(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(jìng)爭(zhēng)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(shí)亦無置放角度上之限制。實(shí)際應(yīng)用時(shí)在平板上任兩點(diǎn)所測(cè)得溫度差可小于10℃以內(nèi)，較熱導(dǎo)管對(duì)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(duì)流、

凝固四個(gè)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(diǎn)熱源周遭的水會(huì)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(shí)，水蒸氣會(huì)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(diǎn)，完成一個(gè)熱傳循環(huán)，形成一個(gè)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(huì)隨之維持平衡。水在低溫運(yùn)作時(shí)其熱傳導(dǎo)系數(shù)值較低，但因水的黏稠性會(huì)隨溫度不同而改變，故均熱板在5℃或10℃時(shí)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(jì)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(dòng)組件，是個(gè)完全密封的被動(dòng)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(huì)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(dòng)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(shí)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(jì)。

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(huì)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(shí)間較長(zhǎng)。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(jì)，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(jì)，可運(yùn)用于多熱源的散熱設(shè)計(jì)。因此，以擴(kuò)散接合及區(qū)域化層次狀設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)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(diǎn)。

均熱板在計(jì)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力仍不敵熱導(dǎo)管。但由于均熱板的快速散熱特點(diǎn)，目前其應(yīng)用針對(duì)電子產(chǎn)品如CPU或GPU其功耗在 80W～100W以上的市場(chǎng)。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。現(xiàn)階段務(wù)實(shí)而言，就目前已發(fā)展的產(chǎn)品，如何擴(kuò)展應(yīng)用市場(chǎng)，為目前各均熱板業(yè)者當(dāng)務(wù)之急。

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