熱管和均溫板
熱管和均溫板石墨盤
熱管和均溫板(簡稱VC)內(nèi)的細(xì)節(jié)傳熱過程:熱管(Heatpipe)和均溫板(Vapor Chamber,簡稱VC)在高功率或高集成度電子產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛。當(dāng)使用得當(dāng)時,它可以被簡單地理解為一個導(dǎo)熱系數(shù)非常高的部件。熱管和VC可以有效消除擴散熱阻。
熱管最常見的應(yīng)用實例就是鑲嵌在散熱器中,將芯片的熱量充分均攤在散熱器基板或翅片上。當(dāng)芯片發(fā)出的熱量經(jīng)由導(dǎo)熱界面材料(導(dǎo)熱相變化貼)傳遞到散熱器上后,由于熱管導(dǎo)熱系數(shù)極高,熱量可以以極低的熱阻沿?zé)峁軅鞑?。此時,熱管又與散熱器翅片相連,熱量便可以更有效地通過整個散熱器散失到空氣當(dāng)中。對于僅基板中鑲嵌熱管的散熱器,當(dāng)芯片發(fā)熱面積相對較小時,直接傳遞到散熱器的基板,會使得基板溫度分布具備較大的不均勻性。加裝熱管后,由于熱管導(dǎo)熱系數(shù)很高,便可以有效緩解溫度的不均勻性,提高散熱器的散熱效率。
熱管和VC的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)高,是因為它們內(nèi)部的傳熱機理是相變換熱。從表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)范圍可知,相變換熱是對流換熱中效率最高的。在熱管或VC中,蒸發(fā)段進行的就是沸騰換熱,而冷凝段進行的便是蒸汽凝結(jié)。
熱管和VC最重要的性能指標(biāo)有三個,分別是最大熱傳量Qmax,熱阻R和啟動溫度T0。其定義分別如下:
? 最大熱傳量Qmax: Qmax的值等于如下情境中的發(fā)熱量:熱管或VC的蒸發(fā)段貼合發(fā)熱量為Q的發(fā)熱源,測量得出的蒸發(fā)段和冷凝段之間的溫差在規(guī)定的范圍內(nèi)(工程上通常使用5℃作為判定標(biāo)準(zhǔn)),單位為W。
? 熱阻R:當(dāng)傳遞大小為Q的熱量時,實際測得的蒸發(fā)段和冷凝段之間的溫差為ΔT,熱阻的值就是ΔT/Q,單位為℃/W或者K/W.
? 啟動溫度T0:熱管內(nèi)進行的是一個蒸發(fā)冷凝的過程。但流體的蒸發(fā)和冷凝必須在一定的溫度、壓強條件下才會發(fā)生。啟動溫度T0是指熱管或VC腔體內(nèi)形成相變換熱循環(huán)時所需要的最低溫度。
熱管和VC的性能有很多影響因素,其機理分析需要理清楚腔體內(nèi)進行的換熱過程。當(dāng)熱管蒸發(fā)段受熱時,蒸發(fā)段內(nèi)側(cè)吸液芯內(nèi)液體蒸發(fā),此處壓強升高,蒸氣在壓差的作用下向冷凝段轉(zhuǎn)移。當(dāng)氣體轉(zhuǎn)移到冷凝段后被冷凝成液體。冷凝后的液體在吸液芯內(nèi)通過毛細(xì)力的作用轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)段,形成循環(huán)。
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