基于原理浅谈均热板散热结构设计

基于原理浅谈均热板散热结构设计

姚彦青

维沃移动通信有限公司 广东东莞 523000

摘要：伴随现代科技持续发展，电子产品自身功能更具多元化，任务处理效率持续提高，致使芯片所产生热量逐渐增加，外加外型轻薄化需求强烈，对散热挑战越来越大，为有效提升电子产品散热，需要对均热板散热结构合理优化设计。鉴于此，本文主要基于原理探讨均热板散热结构的优化方向，旨在为业内相关人士提供参考。

关键词：散热结构；均热板；设计

前言

电子产品行业逐渐向着小尺寸、高性能、多功能方向发展，耗电逐步增加，芯片所产生热量逐渐增加，散热挑战越来越大，传统的风扇、热管、散热器难以应用到轻薄的电子产品中，而均热板可以较好的满足此需求，有较好的前景，故针对均热板基于其工作原理对其散热结构优化方向开展综合分析，有着一定的现实意义和价值。

1、工作原理简介

均热板工作原理与热管工作原理类似，都是由密闭类真空的腔体，工质，毛细吸液芯等组成，工质在热源端吸收热量，冷凝端释放热量，通过毛细力驱动回流，高效往复循环，实现高效传热。所不同的是，相对传统热管的一维散热，均热板扩展到了二维散热。

根据Cotter理论,热管工作正常条件需满足毛细力需克服内部蒸汽压降，液体压降和重力，即，结合最大传热量与潜热质量的关系等得出最大传热量计算公式如下：

其中 ，液体的表面张力系数；

——毛细有效半径；

——有效长度；

——液体密度；

——汽化潜热；

K——吸液芯的渗透率；

——吸液芯的横截面积，又称液体流通面积；

——阻力系数；

——蒸汽粘度；

——蒸汽腔水力半径；

——蒸汽腔的横截面积；

——蒸汽密度。

从上公式可以看出，与有效毛细半径成反比，有效毛细半径越小，最大传热量越大；与吸液芯的渗透率K、吸液芯的横截面积、蒸汽腔横截面积正比，渗透率越高，吸液芯的横截面积越大，蒸汽腔横截面积越大，最大传热量越大。需要注意的是毛细半径越小，往往吸液芯的渗透率也越小，是一对矛盾体，两者取平衡。

2、轻薄化结构设计优化方向

2.1基于常规结构减薄化设计

常规均热板的结构见图1,由上盖板、下盖板、支撑柱、吸液芯毛细结构、蒸汽腔等组成，工质分布于在蒸汽腔和吸液芯中，内部抽真空，边缘焊接封边形成密闭腔体。Z向大小代表轻薄化程度。

图1 常规均热板结构示意图

基于常规结构减薄的方向之一为上、下盖板Z向减薄，譬如由0.08mm~1mm减至0.04~0.06mm,存在因减薄后强度太弱，导致裂纹或平面度差，故需要用强度更好的材质进行替换。减薄方向之二为Z向减小蒸汽腔，蒸汽腔减小后Av减小，蒸汽阻力增加，若需要维持相同的Qmax，则需要增加吸液芯毛细力，譬如在原来丝网的基础上增加1~2条fiber编织网，从热源端引向冷端；或者下盖板内侧做部分微沟槽等。减薄方向之三为由正常铜线制作的丝网打扁减小厚度等。

图2 减薄优化方向示意图

2.2 新结构减薄方向优化

除了基于常规结构减薄外，出现了新结构的减薄优化方向，譬如吸液芯与蒸汽腔并行布局如图3，吸液芯同时起到支撑作用，大幅减小了Z向厚度，注意Y向的走向需要围绕热源处向冷端区域散开。

图3 吸液芯与蒸汽腔并行布局结构示意图

除上述方式外，还有一种特殊印刷金属与树脂的混合料，然后高温去树脂，生成上层大孔洞，下层细小孔隙，且互通链接，下层用做吸液芯毛细结构，上层走蒸汽的结构，效率更高。

图4 毛细蒸汽腔一体式结构示意图

从维度讲，其实环路均热板实现了蒸汽通道与液体通道的分离，也可以X向减少厚度。环路均热板与环路热管原理相当，不再详述。

关于因减薄后导致腔体减小，传热量提升的方向，除了上述优化毛细方向外，还可以从工质上进行优化，提升密度和汽化潜热，减少蒸汽粘度和液体粘度，都可以提升最大传热量，纳米流体便是从此方向进行优化的。

2.3轻量化方向

至于轻量化方向，主要从盖板材质、毛细材质上考虑，譬如采用密度更低的金属钛合金，挠性覆铜板FCCL等作为壳体盖板，采用尼龙等作为毛细。

3、结语

综上所述，基于原理探讨均热板散热结构减薄的优化方向有减薄盖板厚度，减薄腔体，通过增加fiber,设计微沟槽，吸液芯与蒸汽并行布局等优化提升毛细力来保持最大传热量。采用密度更低的钛合金，挠性覆铜板FCCL等作为壳体盖板，采用尼龙作为毛细等为均热板结构设计的轻量化方向。

参考文献：

[1]庄骏等.热管技术及其工程应用.化学工业出版社

[2]郁圣杰,李谦,张德俊.基于两相流均热板的数字子阵散热及优化[J].雷达科学与技术,2022(001):74-78,86.