均熱板的應用

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_均熱板

均熱板是一個內壁具有微細結構的真空腔體，通常由銅制成。當熱由熱源傳導至蒸發(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，氣相的冷卻介質迅速充滿整個腔體，當氣相工質接觸到一個比較冷的區(qū)域時便會產生凝結的現(xiàn)象。借由凝結的現(xiàn)象釋放出在蒸發(fā)時累積的熱，凝結后的冷卻液會借由微結構的毛細管道再回到蒸發(fā)熱源處，此運作將在腔體內周而復始進行。

材質:通常由銅制成

結構:內壁具有微細結構的真空腔體

主要用于:服務器、高檔圖形卡等產品

熱阻值:?0.25℃/W

應用溫度:0℃～100℃

均熱板通常用于需小體積或需快速散高熱的電子產品。目前主要使用于服務器、高檔圖形卡等產品。是熱導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，

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

均熱板工作原理與熱導管者相同，包括了傳導、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構的容器而成的雙相流體裝置。熱由外部高溫區(qū)經由熱傳導進入板內，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，當板內蒸汽由高壓區(qū)擴散到低壓區(qū)(亦即低溫區(qū))，蒸氣接觸到溫度較低的內壁時，水蒸氣會迅速地凝結成液體并放出熱能。凝結的水靠微結構的毛細作用流回熱源點，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)。均熱板內水的氣化持續(xù)進行，隨著溫度的變化腔體內的壓力會隨之維持平衡。水在低溫運作時其熱傳導系數值較低，但因水的黏稠性會隨溫度不同而改變，故均熱板在5℃或10℃時也可運作。由于液體回流是借著毛細力作用，因此均熱板受重力的影響較小，應用系統(tǒng)設計空間的運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。

銅網擴散接合與復合式微結構

與熱導管不同，均熱板產品制作上先抽真空再注入純水，以便能填滿所有微結構。充填的介質不用甲醇、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。均熱板內的微結構主要有兩種型態(tài)：粉末燒結、多層銅網，兩者的效果相同。但粉末燒結的微結構其粉末質量與燒結質量不易控制，而多層銅網微結構施以擴散接合均熱板上下之銅片及銅網，其孔徑一致性及可控制性較優(yōu)于粉末燒結的微結構，質量較穩(wěn)定。較高的一致性可使液體流動較順暢，進而可大幅縮減微結構的厚度，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。采用銅粉燒結微結構的均熱板，因質量不易控制，整體散熱模塊通常需輔以熱導管之設計。

以擴散接合的多層銅網其接合強度與母材具相同強度，因氣密性高就不需任何的焊料，在接合的過程中也不會產生微結構阻塞，制成之均熱板的質量較佳且耐用時間較長。以擴散接合工法制作后如果孔洞漏氣，也可經過重工修復。多層銅網除以擴散使之接合外，在近熱源處接合較小孔徑銅網之層次狀設計，更可使蒸發(fā)區(qū)純水補充迅速，整體均熱板之循環(huán)更順暢。更有進者將微結構模塊化做區(qū)域化的設計，可運用于多熱源的散熱設計。因此，以擴散接合及區(qū)域化層次狀設計之均熱板，大幅增加了單位面積的熱通量，傳熱效果也就優(yōu)于燒結微結構的均熱板。

均熱板與熱導管及壓鑄件的比較

均熱板與實心壓鑄件及熱導管之組合兩者基本上原理與理論架構相同，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展熱阻低、均勻的熱通量、熱量快速擴散、重量輕等優(yōu)點。

均熱板在計算機上的應用

由于熱導管散熱模塊技術較為成熟，成本較低，均熱板目前的市場競爭力仍不敵熱導管。但由于均熱板的快速散熱特點，目前其應用針對電子產品如CPU或GPU其功耗在 80W～100W以上的市場。因此，均熱板多為定制化產品，適于需小體積或需快速散高熱的電子產品。目前主要使用于服務器、高檔圖形卡等產品，未來還可應用于高階電信設備、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結構的方法除燒結、銅網外，尚有溝槽、金屬薄膜等方法。技術發(fā)展上，將來如何進一步降低均熱板之熱阻值，增強其熱傳導效果，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。生產制作上提高生產良率，并尋找減少整體散熱解決方案之成本，皆為產業(yè)發(fā)展之方向。產品應用上，均熱板已較熱導管自一維維度擴展至二維面的熱傳導，未來為解決其他可能之散熱應用，新的均熱板解決方案正陸續(xù)被開發(fā)中。現(xiàn)階段務實而言，就目前已發(fā)展的產品，如何擴展應用市場，為目前各均熱板業(yè)者當務之急。

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