在轻薄小型化的便携设备中,水涨船高的高功率芯片所产生的非均匀分布热点散热问题,已经严重影响设备的效率、稳定和可靠的运行寿命。“热障”问题日益凸显,高性能散热技术在移动设备中的应用迫在眉睫。轻质超薄均热板凭借器件优势在该领域有着广阔的应用,前动电子产品散热器将迎来升级换代。

Part.01 均热板的器件优势和特点在哪?

均热板又称均温板,简称 VC,利用密封空间内的冷却工质相变蒸发而将热量迅速扩散到腔体,在冷凝端,工质冷凝为液体后,通过毛细力、重力又回流到热源端。

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均热板是典型的相变导热器件,相变传热元件的热导率远超传统散热器件的热导率,其热导率(大于 5000 W/(m 2 · ) ℃ )可以达到传统导热方式的几十倍以上(空气对流、液体对流的导热系数分别为10~100,100~1000 W/(m 2 ·℃))。

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另外,由于均热板为二维面与面热传导,与热管为一维线性的热传导相比,均温板热传递的效率更高。

Part.02均热板的技术演进是怎样的?

近年来,均热板技术演进方向主要集中于以下几个方面:

一是均热板选材多样化,受益于中框-VC一体化散热解决方案,不锈钢VC崭露头角;

二是封装工艺正在变革,激光封装有望替代镀铜钎焊封装制程;

三是超薄VC铜网烧结毛细制程有望被打破,毛细制程多样化,印刷毛细与半导体光罩蚀刻毛细崭露头角;

四是厚度进一步下探,VC均热板薄至0.3mm以下。

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学术界对普通铜质均热板的研究比较深入,大多数文献集中在均热板的成形工艺、吸液芯结构优化、工质传输特性及制造工艺改善研究等方面。目前均热板其材质主要采用铜质,对于铝质材料的热管和均热板,目前学术界研究的成果还比较少。

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随着先进制造、绿色制造等先进理念深入人心,学术界加大了轻质材料焊接工艺的研究。铝合金焊接的困难在于铝合金表面氧化膜的存在,阻碍了原子的扩散,因此如何去除铝合金的氧化膜,并防止氧化膜的二次产生是铝合金扩散焊接的关键要素。铝合金焊接采用扩散焊方法是可行的,缺点是耗时长,效率低。

Part.03移动便携设备散热需求如何满足?超薄均热板伸出援手

随着各种复杂应用场景的叠加,当前移动设备平台的性能需求不断提升,系统功耗急速增加,催生整机散热架构到了一个新的发展穿越周期,这需要我们突破传统散热架构的思路,在保持设备轻便凉酷的同时,又能稳定支持系统瞬态的性能爆发,发挥出平台的性能。

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超薄均热板由于其良好的导热性能,被广泛应用于高热流密度的电子芯片散热,如智能手机芯片、笔记本和服务器等产品,是解决当前高热流密度问题的不错方式。

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但超薄均热板的工艺制造和研究设计,目前仍存在几个问题:一是整体强度差,容易变形,上下盖板封装焊接困难,封装焊接工艺有待突破;二是采用铝镁材料的均热板制作工艺研究不足,其表面极易氧化,焊接困难;三是吸液芯结构需要进一步优化,稳定地控制汽腔和液腔的比例;四是传统数值仿真模型误差大。

Part.04畅能达专注于相变热控技术研究,解决移动便携设备散热痛点

为了满足在移动便携设备上追求性能、体验的需求,我们努力提升散热技术研发能力,在相变热控技术上实现突破,让我们的设备稳态性能稳得住,瞬态性能冲得出,让消费者满意地使用到高性能的移动设备。

我们设计了适配移动便携设备电池的相变超薄均热板,其热导率可达10000W/m▪k及以上,均温性能及传热效率良好,体积相对较小,重量也较轻,可以根据散热需求设计成不同的形状,并且在运行期间不需要进行维护。同时,还具备热阻较低、导热速率快、传热能力大、适应性良好等优点。

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我司所研发的高热导率相变热控器件,一是可以取代目前电芯中常用的热熔胶层,解决局部温度过高等散热问题,降低电芯能量密度的损失;二是能够通过其良好的均温性实现热量传递,在高温环境下有效散热,精准控制电池组温度;三是在低温环境下也能对电池组进行快速、均匀的加热;同时减少热量局部集中,保证电池组温度分布均匀。

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通过极端超薄VC表面的复杂热功能结构,来有效提高散热比表面积,形成冷凝/蒸发核,提高散热效率,解决多软件运行承载的过程中,热流密度大幅度增加的问题。同时,我们自主研发的VC更轻更薄,符合当下移动便携设备小型化、轻量化的发展趋势,能够较大化地发挥空间利用。

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