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蒸汽室冷却模块
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蒸汽室冷却模块

蒸汽室冷却模块

均热板是一种内壁带有微结构的真空腔体,通常由铜制成。当热量从热源传递到蒸发区时,在低真空环境下,均热板腔内的冷却剂受热后开始汽化。此时,蒸发板腔内冷却剂的温度升高,蒸发板腔内冷却剂的温度降低 ...
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产品介绍

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蒸气室冷却模块是一个内壁带有微结构的真空腔体,通常由铜制成。当热量从热源传递到蒸发区时,在低真空环境下,均热板腔体中的冷却剂受热后开始汽化,此时吸收热量,体积迅速膨胀,气相冷却介质迅速充满整个均热板腔体。当气相工质接触到相对较冷的区域时,就会发生冷凝现象,蒸发时所积累的热量通过冷凝释放出来,冷凝后的冷却剂会通过微结构毛细管回到蒸发热源处。此操作会在腔体中重复进行。



材质:通常由铜制成


结构:真空腔体,内壁有微结构


主要用于:服务器、高端显卡等产品


热阻值:0.25度/W


使用温度:0度~150度




vc散热板通常用于需要体积小或者散热速度快的电子产品,目前主要用在服务器、高端显卡等产品上,是热管的有力竞争对手,vc散热板外观呈平板状,上下有盖子相互闭合,


它以铜柱支撑,均温板上下铜片材质为无氧铜,通常以纯水为工作流体,毛细结构则采用铜粉烧结或铜网制成。均温板只要保持其平板特性,形状轮廓视应用散热模块的环境而定,没有太多限制,使用时摆放角度也没有限制。实际应用中,在平板上任意两点量测温差均可小于10度,比热管对热源的热传导效果更均匀,均温板亦因此而得名。常见均温板热阻为0.25度/W,使用于0度~150度。


凝固主要有四个步骤。均热板是将纯水注入一个充满微结构的容器内形成的两相流体装置,热量从外部的高温区域通过热传导进入板材内部,点热源周围的水会很快吸收热量并汽化为蒸汽,带走大量的热量,重新利用水蒸汽的潜热。当板内蒸汽由高压区向低压区(即低温区)扩散,蒸汽接触到温度较低的内壁时,水蒸汽会很快凝结为液体并释放出热能。凝结的水通过微结构的毛细作用流回热源点,完成一个传热循环,形成水与蒸汽共存的两相循环系统。均热板内水的气化过程不断进行,室内的压力会随着温度的变化而保持平衡。

水在低温下运作时导热系数较低,但由于水的黏度会随温度改变,因此均热板在5度或10度下亦可运作。由于液体回流是靠毛细力作用,均热板受重力影响较小,应用系统设计空间可任意角度使用。均热板为完全密封的被动式装置,无电源供应器或任何移动部件。



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铜网扩散连接及复合微观结构


与导热管不同,均热板冷却模块是通过先抽真空再注入纯水的方式,让所有微结构都充满,填充的介质不使用甲醇、酒精、丙酮等,而是使用脱气后的纯水,所以不会出现环保问题,同时可以提高均热板的效率和耐用性。

均热板中的微结构主要有粉末烧结和多层铜网两种,两者的作用是一样的,但粉末烧结微结构的粉末质量和烧结质量不易控制,而多层铜网微结构应用在扩散接合均热室上下的铜片和铜网中,其孔径一致性和可控性优于粉末烧结微结构,质量更加稳定。高一致性可以使液体流动更加顺畅,可以大大减小微结构的厚度和均热室的厚度。

业界在150W热传导时板厚可达3.00mm,由于采用铜粉烧结微结构的均热板品质不易控制,因此整体散热模块通常需要辅以导热管的设计。


采用扩散键合的多层铜网与母材的键合强度相同,且由于气密性高,不需要任何焊料,键合过程中不会出现微结构堵塞,采用扩散键合制成的均热板质量更好,使用寿命更长。

若采用扩散接合方式制作后,孔洞漏水,也可透过重工的方式进行修补。除了多层铜网的扩散接合外,在热源附近接合较小孔径铜网的均热板设计,可使蒸发区纯水快速补充,使整体均热板的循环更加顺畅。

此外,将微结构模块化,进行区域设计,可适用于多种热源的散热设计,因此采用扩散接合与区域分级设计所设计的均热板单位面积热流密度大幅提升,传热效果较烧结微结构均热板更为优异。



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温度均衡板在计算机中的应用


由于热管技术相对成熟,成本较低,目前均热板散热器的市场竞争力还是不如热管。

但由于均热板快速散热的特性,目前其应用多针对CPU或GPU等电子产品功耗在80W~100W以上的市场,因此均热板多为定制化产品,适用于需要体积小或散热速度快的电子产品,目前主要应用在服务器、高端显卡等产品,未来也可应用在高阶电信设备、大功率LED照明等散热。





均热板的未来发展


目前,制作均热板二维散热毛细结构的主要方法有烧结法、铜网法、凹槽法、金属薄膜法等。

在技​​术发展方面,未来如何进一步降低均热板的热阻、提升其导热效果,以搭配铝等更轻的散热鳍片,一直是研究人员努力的目标;在生产方面,提升生产良率、想方设法降低整体散热解决方案的成本,则是产业发展的方向。

在产品应用方面,均热板相对于热管,已经从一维导热拓展到了二维导热。

未来为了解决其他可能的散热应用,正在陆续开发均热板方案。





结论:


均热板是一种平板热管,能够将聚集在热源表面的热流快速转移,并扩散至大面积的冷凝表面上,促进热量散发,降低元件表面的热流密度。


均热板结构:由底板、框架、盖板组成一个完全封闭的扁平腔体,腔体内壁设有吸液毛细管芯结构,毛细管芯结构可以是金属丝网、微槽、纤维丝、金属粉末烧结芯等多种结构组合,必要时腔体内还需设置支撑结构,以克服因真空吸力而产生的凹陷和加热变形。


均热板优点:体积小可以使散热器厚度达到入门级的水平;功耗低;导热快,不易造成热堆积;形状不受限制,可以是方形、圆形等,适应各种散热环境。启动温度低;传热速度快;均温性能好;输出功率高;制造成本低;使用寿命长;重量轻。


均热板在电脑领域的应用:均热板大部分为定制化产品,适用于需要体积小或者散热速度快的电子产品,目前主要应用于服务器、平板、高端显卡等产品,未来也可应用于高阶电信设备、大功率LED照明等散热。



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