寧波生久科技有限公司
企業(yè)碳排放數(shù)據(jù)聲明
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| 權(quán)限 | 權(quán)限描述 | 使用目的 |
| 定位權(quán)限 | 獲取定位信息 | 安卓底層要求連接藍(lán)牙設(shè)備時(shí)需要同步獲取定位權(quán)限 |
| 藍(lán)牙權(quán)限 | 連接藍(lán)牙設(shè)備 | 對(duì)藍(lán)牙鎖具或產(chǎn)品進(jìn)行操作 |
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摘要
以熱管、VC（Vapor Chamber）為代表的相變傳熱技術(shù)，具備遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)材料的導(dǎo)熱能力，是解決日益增長的產(chǎn)品散熱需求的關(guān)鍵技術(shù)。
近年來，鋁基兩相散熱器成為行業(yè)中的研究熱點(diǎn)之一。鋁基兩相散熱器的研究和應(yīng)用，符合通信產(chǎn)品在散熱方面高性能、輕量化、低成本的發(fā)展趨勢，具有非常重要的意義。
關(guān)鍵字：5G；相變傳熱；鋁基兩相散熱器
1 散熱器技術(shù)的演進(jìn)
散熱是保障電子設(shè)備與產(chǎn)品長期安全可靠運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。作為芯片等熱耗器件應(yīng)用最密集的領(lǐng)域，通訊和信息技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了散熱或熱設(shè)計(jì)成為一個(gè)系統(tǒng)性的行業(yè)，電力、安防、消費(fèi)電子、汽車、LED等領(lǐng)域的研發(fā)也越來越重視產(chǎn)品的散熱性能，以期在市場競爭力上擁有更多優(yōu)勢。
當(dāng)前，5G通訊、信息產(chǎn)品整體向更大容量、更高性能、節(jié)能低噪的目標(biāo)發(fā)展。設(shè)備集成化程度越來越高，單芯片功能更強(qiáng)大，功耗大幅增長，但布局卻更緊湊，熱流密度成倍攀升，散熱技術(shù)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
傳統(tǒng)的散熱系統(tǒng)主要依賴單相材料導(dǎo)熱將熱量從器件傳導(dǎo)至散熱器表面，再由空氣通過自然對(duì)流（自然散熱系統(tǒng)）或強(qiáng)迫對(duì)流（強(qiáng)迫風(fēng)冷系統(tǒng)）將熱量散到環(huán)境中。熱傳導(dǎo)的效率取決于同時(shí)也受限于材料固有的導(dǎo)熱性能。
而以熱管、VC（Vapor Chamber）為代表的相變傳熱技術(shù)，是利用介質(zhì)在高溫區(qū)域（熱源區(qū)）沸騰、在低溫區(qū)域冷凝，同時(shí)吸收或釋放相應(yīng)的相變潛熱，交替循環(huán)，實(shí)現(xiàn)熱量的迅速擴(kuò)散或遷移。潛熱的吸收和釋放是一個(gè)迅速高效的過程，且采用兩相傳熱通常也會(huì)選擇潛熱較大的工質(zhì)，因此傳熱效率極高，等效導(dǎo)熱系數(shù)可以達(dá)到4000 W/m·K以上，遠(yuǎn)超金、銀、銅、鋁等純金屬材料（200~400 W/m·K），能夠支撐傳統(tǒng)散熱器無法滿足的更大功耗、更高熱流密度傳熱需求。同時(shí)，可與多種冷源形式（自然對(duì)流、強(qiáng)迫風(fēng)冷、液冷、輻射等）相匹配，應(yīng)用形式靈活多樣。
從最早提出且目前已大量成熟應(yīng)用的熱管，相繼演化出VC均熱板、3DVC散熱器、Thermosyphon熱虹吸、LTS環(huán)路熱虹吸、LHP環(huán)路熱管等多種形態(tài)，廣泛適用于各類產(chǎn)品，針對(duì)器件功耗大、熱流密度高、均溫性差等問題，解決傳統(tǒng)散熱器無法滿足的散熱需求，成為當(dāng)前散熱領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注和發(fā)展的方向。
2 鋁基兩相散熱器技術(shù)的發(fā)展
VC均熱板是目前除熱管外工藝較為成熟，在通信、電子行業(yè)應(yīng)用最廣泛的一類相變傳熱產(chǎn)品。典型的VC為扁平封閉式形態(tài)，由殼體、毛細(xì)結(jié)構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)和工質(zhì)組成，通過工質(zhì)的蒸發(fā)冷凝和毛細(xì)輸運(yùn)實(shí)現(xiàn)高效熱傳導(dǎo)，將熱量從集中區(qū)域擴(kuò)散至整個(gè)結(jié)構(gòu)平面。得益于大面積毛細(xì)特性與二維甚至三維熱擴(kuò)散的優(yōu)勢，VC具有更高的熱流密度承載能力。尤其針對(duì)熱流密度超過50W/cm2的電子器件冷卻，均溫效果顯著勝過純金屬或嵌熱管式散熱基板，能夠大幅提升散熱器效率。
VC的殼體通常采用金屬材料，包括銅、鈦、鋁、不銹鋼等。因銅材的導(dǎo)熱性能好，具有良好的機(jī)械加工性能和焊接性能，成型工藝相對(duì)簡單、精度較高，目前絕大部分VC都采用銅材薄板沖壓成型而制成。而在軍工或航空航天領(lǐng)域，為了實(shí)現(xiàn)輕量化，通常使用鋁材作為VC的殼體材料。近年來，為了滿足降本降重的市場需求，在民用產(chǎn)品散熱領(lǐng)域，也逐步開展了對(duì)鋁基兩相散熱器的探索。
表1 鈦、銅、鋁性能對(duì)比
與銅VC相比，鋁VC主要有以下兩個(gè)差異點(diǎn)：1、鋁材與水不相容，容易發(fā)生反應(yīng)生成不凝氣體；2、鋁材加工性能和焊接性能較差。這兩點(diǎn)的存在，也是造成鋁VC性能難以持續(xù)提升的主要原因。
兩相散熱器中，工質(zhì)基于工作溫區(qū)、材料相容性、熱物性等因素進(jìn)行選擇。由于相容性的問題，鋁VC主要選用冷媒工質(zhì)（如R1233zd、R134a等），這類工質(zhì)作為冷卻介質(zhì)已有較成熟的民用基礎(chǔ)。然而，相較于銅VC中使用的工質(zhì)—水，冷媒的表面張力及汽化潛熱較低，導(dǎo)致鋁VC中工質(zhì)回流速度和傳熱能力均不如銅VC，也使得鋁VC性能相對(duì)銅VC存在一定差距。
毛細(xì)芯（或稱吸液芯）是熱管、VC等毛細(xì)驅(qū)動(dòng)熱輸送或熱擴(kuò)散裝置的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)型式直接影響到傳熱換熱的性能與熱流密度承載能力?？紤]到鋁材加工工藝可行性，鋁VC采用的毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)主要包括：溝槽型、粉末燒結(jié)型、纖維燒結(jié)型、編織網(wǎng)型。就目前情況來看，鋁材極易在表面形成一層致密的氧化膜，而氧化鋁熔點(diǎn)高達(dá)2000℃，會(huì)對(duì)鋁粉的燒結(jié)、焊接帶來影響。因此，鋁VC的加工環(huán)境要求比銅VC更為苛刻，熱處理工藝（比如燒結(jié)、焊接）均需要在真空或還原劑保護(hù)下進(jìn)行。
以上這些型式可以看作是毛細(xì)芯的基本結(jié)構(gòu)，而為了進(jìn)一步提升鋁VC的熱擴(kuò)散性能與熱流密度承載能力，學(xué)術(shù)界也對(duì)其進(jìn)行了一些更為細(xì)致的研究：通過犁切-擠壓工藝，在鋁板上加工出高深寬比槽道，作為鋁VC的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，如圖5所示[2]；通過在鋁基板上加工輻
射微通道，建立冷媒工質(zhì)循環(huán)回路，如圖6所示[3]。其目的均在于避免鋁材的熱加工，以更簡單的工藝實(shí)現(xiàn)毛細(xì)芯的加工。
此外，在鋁VC的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提升散熱器豎直方向上的均溫性能，鋁3DVC也開始蓬勃發(fā)展。鋁3DVC散熱器可視作由水平VC與豎直VC組合而成，兩者一體焊接成型，內(nèi)部空腔連為一體。工質(zhì)在熱源區(qū)受熱沸騰蒸發(fā)后，蒸汽工質(zhì)不僅在二維方向上擴(kuò)散，也沿著豎直空腔向上擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)熱量在三維方向上的傳遞。鋁3DVC在大幅提升翅片效率，降低散熱器熱阻的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)散熱器的降本降重，具有良好的應(yīng)用前景。
圖7 鋁3DVC散熱器基本原理
不同于銅基兩相散熱器較為成熟的工藝，鋁基兩相散熱器的工藝目前還在探索中，目前仍然存在吸液芯加工較為困難、焊接工藝效率低及良品穩(wěn)定性差等問題，需要在后續(xù)的研究中予以解決。
3 總結(jié)與展望
鋁基兩相散熱器以其低成本、低重量、較高傳熱效率的優(yōu)勢，成為了散熱行業(yè)內(nèi)的研究熱點(diǎn)之一，其關(guān)鍵的技術(shù)點(diǎn)包括：1）鋁材的加工工藝優(yōu)化研究（包括燒結(jié)工藝、焊接工藝）；2）毛細(xì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化；3）工質(zhì)的選擇及優(yōu)化；4）針對(duì)具體應(yīng)用場景的可靠性分析。以上問題都有賴于行業(yè)內(nèi)的共同探索。
寧波生久科技有限公司作為散熱器領(lǐng)域的后起之秀，長期在鋁基兩相散熱器的設(shè)計(jì)開發(fā)大力投入，致力于為客戶提供品質(zhì)優(yōu)秀、更具性價(jià)比的民族品牌選擇。未來寧波生久科技有限公司也將與中興通訊熱設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)緊密配合，對(duì)鋁基兩相散熱器的技術(shù)研究和落地應(yīng)用展開深入探索，將其打造為散熱技術(shù)的一把強(qiáng)弓，在5G通信發(fā)展中貢獻(xiàn)更大的力量。
參考文獻(xiàn)
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