隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品的體積越來越小，在電子、通訊、航空航天、自動化機(jī)械設(shè)備等領(lǐng)域，尤其是隨著5G產(chǎn)品的問世，移動電子產(chǎn)品對高精度超薄散熱器件的要求越來越高。因此，開發(fā)新型高效的熱管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品的有效散熱是當(dāng)今行業(yè)迫切需要解決的問題，相比于傳統(tǒng)散熱器件，更高效的新型導(dǎo)熱器件才能滿足高熱流密度的傳熱需求。

相變導(dǎo)熱是當(dāng)今效率最高的導(dǎo)熱方式，而均熱板是相變導(dǎo)熱方式的典型產(chǎn)品，也是解決當(dāng)前電子芯片高熱流密度問題的最佳方式，它依靠液體汽化和凝結(jié)過程的汽化潛熱來實(shí)現(xiàn)熱量傳遞。通常由由純銅打造成內(nèi)部密封且中空（內(nèi)壁不光滑，布滿毛細(xì)結(jié)構(gòu)）的結(jié)構(gòu)，并填充冷凝液的散熱單元，只是它的形態(tài)并非熱管的扁平“條狀”，而是呈現(xiàn)出更寬的扁平“片狀”。

相變傳熱元件的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)超傳統(tǒng)散熱器件的熱導(dǎo)率，其熱導(dǎo)率（大于5000 W/(m2·℃)）可以達(dá)到傳統(tǒng)導(dǎo)熱方式的幾十倍以上（空氣對流、液體對流的導(dǎo)熱系數(shù)分別為10~100，100~1000 W/(m2·℃)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在高端顯卡、筆記本電腦、服務(wù)器、智能手機(jī)上。

均熱板結(jié)構(gòu)及熱流交換原理

超薄均熱板的優(yōu)勢

一般而言，超薄相變傳熱元件包括超薄熱管和超薄均熱板。

超薄熱管通常是先制造出管壁超薄的圓熱管，再通過加熱相變壓扁的方式加工而成。目前，大批量生產(chǎn)的圓熱管壁厚最薄可達(dá)0.08 mm，壓扁加工后超薄熱管厚度最低為0.4 mm，在智能手機(jī)上應(yīng)用較多。然而，當(dāng)厚度進(jìn)一步降低時，超薄熱管傳熱性能大幅度惡化，且這種制備方式的寬度極為有限，0.4 mm厚的超薄熱管寬度最多不超過3 mm，無法根據(jù)電子芯片尺寸（長寬通常為 10 mm）及實(shí)際散熱需求進(jìn)行變更，超薄熱管散熱能力也因此受到限制，逐漸無法滿足便攜式移動電子產(chǎn)品散熱需求。

超薄均熱板則通常通過殼板焊接密封成形，外形尺寸可根據(jù)實(shí)際散熱需求進(jìn)行調(diào)整，同時具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，較大傳熱面積和較好的均溫性能等優(yōu)點(diǎn)，非常適合于5G滲透下現(xiàn)代微型化電子設(shè)備等領(lǐng)域應(yīng)用，廣泛應(yīng)用于服務(wù)器芯片和智能

手機(jī)芯片。由于VC 板為二維面與面熱傳導(dǎo)，與熱管為一維線性的熱傳導(dǎo)相比，均溫板熱傳遞的效率更高。

現(xiàn)階段超薄均熱板結(jié)合石墨烯輔助散熱是智能手機(jī)的主流散熱方案。

村田超薄均熱板

均熱板應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，智能手機(jī)主流的導(dǎo)熱元器件是石墨片和銅片的組合，如華為采用了高導(dǎo)熱性能的合金，但隨著芯片性能的提高，傳統(tǒng)的導(dǎo)熱材料越來越難以滿足性能要求，華為、三星等在其高端手機(jī)中率先使用了超薄熱管導(dǎo)熱技術(shù)，取得了良好效果。目前超薄熱管和均熱板也只有少數(shù)企業(yè)掌握，一般中小散熱產(chǎn)品廠商還不能生產(chǎn)超薄熱管和超薄均熱板。主流均熱板其材質(zhì)主要采用銅質(zhì)，鋁質(zhì)材料的熱管和均熱板還比較少見。

均熱板搭配石墨烯的散熱方案

通常情況下，一般把總厚度2 mm以下的均熱板稱為超薄均熱板，當(dāng)均熱板厚度下降到一定程度時，其蒸發(fā)腔的熱阻將大幅度上升，傳熱效率也因均熱板厚度減小而降低。在智能手機(jī)市場，通常需要厚度0.8 mm 以下的均熱板，這樣的超薄均熱板內(nèi)部腔體厚度已經(jīng)下降到了極限，導(dǎo)致蒸汽腔的熱阻陡然上升，如何實(shí)現(xiàn)厚度進(jìn)一步減小(<0.4>5 000 W/(m·K)）的超薄均熱板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造是目前迫切需要的。

蒸汽腔的傳熱熱阻隨蒸汽腔厚度的變化

當(dāng)前超薄均熱板研究存在的問題

目前大多對均熱板的研究主要集中在均熱板的成形工藝、吸液芯結(jié)構(gòu)優(yōu)化、工質(zhì)傳輸特性及制造工藝改善研究等方面，還存在以下問題：

（1）超薄均熱板良品率低。均熱板總體厚度下降到0.8 mm后，其整體強(qiáng)度差，容易變形，上下蓋板封裝焊接困難，且制作良品率低等，封裝焊接工藝有待突破；

（2）采用鋁鎂材料的均熱板制作工藝研究不足。因?yàn)殇X鎂合金的表面極易氧化，焊接困難。目前主要采用氣氛擴(kuò)散焊工藝，但是對于超薄型輕質(zhì)材料的擴(kuò)散焊接，尤其是對材料壁厚度為 0.2 mm 鋁合金材料的焊接，幾乎是空白；

（3）超薄均熱板吸液芯需進(jìn)一步優(yōu)化，需要進(jìn)一步優(yōu)化吸液芯結(jié)構(gòu)，以及汽腔和液腔的最佳比例，以及制造過程中如何穩(wěn)定地控制汽腔和液腔的比例，保證良品率的提升；

（4）需要新的超薄均熱板成形工藝。均熱板厚度下降到0.8 mm以后，上下蓋板壁厚只有0.1~ 0.15 mm的厚度，極容易變形，抗彎性差，制造過程中就需要成本低廉，且成熟有效的成形工藝。

均熱板發(fā)展趨勢

1.輕質(zhì)化

鋁合金的密度只有 2.7 g/cm³，銅的密度為8.9 g/cm³，銅材是鋁合金的3倍多，對于電子產(chǎn)品，輕質(zhì)化是一大趨勢。鋁鎂合金焊接難度大，超薄鋁鎂合金焊接難度更大，屬于高端制造，目前對超薄鋁鎂合金均熱板焊接工藝的研究幾乎是空白。

移動電子產(chǎn)品向高端化方向發(fā)展，研制先進(jìn)的超薄鋁鎂合金均熱板制造工藝意義重大，是未來實(shí)現(xiàn)先進(jìn)制造的發(fā)展方向，尤其是便攜式和移動式電子產(chǎn)品，輕量化制造非常關(guān)鍵，因此采用先進(jìn)的焊接工藝，如氣氛擴(kuò)散，對超薄均熱板制造意義重大，且鋁材比銅材價(jià)格便宜，可以降低企業(yè)制造成本，實(shí)現(xiàn)綠色制造。

2.應(yīng)用新材料技術(shù)

電子產(chǎn)品核心芯片的性能提高、體積縮小導(dǎo)致其熱流密度越來越高，電子器件對散熱的要求越來越高，大量高端散熱器件的設(shè)計(jì)與制造采用了隨機(jī)分布的微球體作為柔性腔體支撐體的蒸發(fā)腔結(jié)構(gòu)，也可采用SiO₂納米涂層提高表面親水性，如：

（1）柔性超薄相變導(dǎo)熱器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

（2）應(yīng)用比表面積大的超親水表面涂層材料和涂布工藝，采用納米二氧化鈦顆粒涂層提高蒸發(fā)腔表面親水性、增加比表面積，采用酞酸酯偶聯(lián)劑等與金屬表面鍵合提高納米顆粒在腔體表面的附著性；

（3）單層球狀銅粉燒結(jié)結(jié)構(gòu)，結(jié)合刻蝕工藝在銅箔表面構(gòu)建大比表面積的毛細(xì)結(jié)構(gòu)；

（4）探索新型工質(zhì)，如氧化石墨烯摻雜相變冷卻工質(zhì)，將氧化石墨烯粉末按一定配比摻雜在冷卻工質(zhì)中，增加了工質(zhì)導(dǎo)熱性能，強(qiáng)化了微流體換熱性能，應(yīng)用中可通過石墨烯粉材的選擇與液態(tài)工質(zhì)的大量實(shí)驗(yàn)，確定最佳配比；

（5）優(yōu)化脈沖焊接封裝技術(shù)，通過改變壓力、電流強(qiáng)度以及脈沖寬度等工藝參數(shù)，提高焊接良品率。

二氧化硅親水納米粒子

參考來源：

1.高端精密超薄均熱板研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，周漪清、陳平（精密成型工程）；

2.超薄均熱板的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，陳恭、湯勇、張仕偉、鐘桂生、孫亞隆、李杰（機(jī)械工程學(xué)報(bào)）；

3.超薄均熱板制造工藝及其傳熱性能分析，黎子曦（華南理工大學(xué)）。

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