均热板(Vapor Chamber)的基本原理及应用

据机构预测,未来几年,5G智能手机按每年12亿部计算,将有每年3-4亿部采用超薄热管或超薄均热板VC散热方案;5G基站,也将采用均热板VC散热,按基站建设鼎盛时期100万/年规模,VC需求强劲。同时,均热板VC也是计算机(服务器、笔电、平板电脑等)、游戏主机、VR设备、LED灯具等散热方案材料。

 

▌均热板(Vapor Chamber)基本原理

 

均热板是一个内壁具微结构的真空腔体,当热由热源传导至蒸发区时,腔体里面的工质会在低真空度的环境中,便会开始产生液相气化的现象,此时工质吸收热能并且体积迅速膨胀,气相的工质会很快充满整个腔体,当气相工质接触到一个比较冷的区域时便会产生凝结的现象,藉由凝结的现象释放出在蒸发时累积的热,凝结后的液相工质会藉由微结构的毛细现象再回到蒸发热源处,此运作将在腔体内周而复始进行,这就是均热板的运作方式。又由于工质在蒸发时微结构可以产生毛细力,所以均热板的运作可不受重力的影响。

 

均热板(Vapor Chamber)的基本原理及应用

 

 

▌均热板与热管的比较

 

均热板与热管的原理与理论架构是相同的,只有热传导的方式不相同,热管的热传导方式是一维的,是线的热传导方式,而均热板的热传导方式是二维的,是面的热传导方式。

 

均热板(Vapor Chamber)的基本原理及应用

 

▌均热板产品优势

 

◆腔体材质

C1100韧炼铜

 

◆工质

水(已纯化及除气)

 

◆微结构

以扩散接合的方式将单层或多层铜网彼此连接起来, 并与腔体紧密的接合所形成,其效果与铜粉烧结的相同。

 

接合后铜网微结构特色:

1.孔径约在50μm至100μm

2.可制作上下层孔径大小不同的微结构,将可提供升微结构效能。

3.可制作在同一平面上有多个不同孔径区域的微结构

4.运用特色

可在蒸发区及凝结区制作不同的微结构以符合产品的需求,本公司于蒸发区中有二种基本组合,而于凝结区中有九种基本组合,彼此可依需要搭配使用。

 

均热板(Vapor Chamber)的基本原理及应用

左:钢网微结构SEM侧视图  右:铜网微结构SEM正视图

 

均热板(Vapor Chamber)的基本原理及应用

 

◆形状及大小

最大可达400mm x 400mm,没有形状限制。

 

◆厚度

3.5mm至4.2mm,超薄VC最薄可至0.3mm

 

◆支撑及耐压度

内部有连结上下盖接合的铜柱,耐压高达3.0kg/ cm2(约130℃ 环境的内部压力)

 

◆穿孔

均热板可做穿孔设计。

 

◆平整度

依不同腔体壁厚及铜柱设计,在热源接触面可以达到50μm 其他部份可达100μm,铜片的厚度及铜柱的数量将会影响均热板的效能及平整度。

 

◆后加工制程

可于均热板测试完成后再焊接鳍片,不会影响均热板性能, 产品质量更有保障,加工更具弹性。

均热板(Vapor Chamber)的基本原理及应用

 

性能比较

均热板(Vapor Chamber)的基本原理及应用

 

技术特色

 

公司均热板制作技术以产品效能及质量要求为基础,配合量产可行性及成本考量,开发完成的量产技术,具有以下技术特点。

 

 

◆组合式铜网微结构

可依蒸发区及凝结区特性于均热板中组合生产不同孔径的铜网微结构。在同一层的微结构中可产生上下层不同孔径的微结构,此为烧结微结构难以达成之技术。

 

均热板(Vapor Chamber)的基本原理及应用

 

◆扩散结合

高阶扩散结合技术(扩散焊),无须任何焊料即可完成二金属相互接合,接合后两片金属将合而为一,本公司运用此技术来完成均热板四周、微结构间及铜柱的结合,结合后泄漏率低于9 x 10-10 mbarl/sec ,拉力可达 3kgs/cm2,完全符合均热板产品需求,且无任何环保问题。

 

◆真空除气注水

可控制均热板内部洁净度及真空度,确保产品性能ㄧ致性及质量稳定。

 

◆真空高频高周波焊接

运用于充填微管焊接,高周波加热具有加热时间短、温度范围集中的特性,可有效且迅速完成充填管的硬焊(Brazing),且于真空环境下进行,可防止焊接时腔体内部的氧化。

 

◆测漏

确保产品气密,均经过二种测漏 (1)正压测漏 (2)负压测漏(氦气测漏)。

 

◆弹性可靠之产品设计

可依效能及成本需求设计各种形状及厚度之均热板,并经专业实验室测试设备快速提供可靠详实之产品数据,加速客户产品开发时效。

 

▌均热板应用领域

 

均热板作为高效、快速的散热产品,在计算机、国防军工、通讯设备、家居电器、新能源等领域有着广泛的应用。

均热板(Vapor Chamber)的基本原理及应用

 

供稿单位:惠州市斯倍硕散热科技有限公司

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