熱管散熱器
關注創建者：yxp0710 創建時間：2020-08-10
熱管散熱器的視頻教程
從零開始學散熱——常見散熱部件介紹：導熱界面材料、散熱器、風扇、熱管、VC
詳細解讀電子產品散熱設計中最常用的散熱器、導熱界面材料、風扇、熱管、VC的關鍵參數，介紹其在熱設計中的作用和選型、優化設計方法。 本視頻參考《從零開始學散熱》第六章~第九章內容。 書籍目錄：http://www.yqgqt.org.cn/content/post/421412
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熱管散熱器的實例教程
為了使IGBT模塊正常工作，需要進行散熱設計，使其工作溫度控制在可容許最大結溫（Tjmax）以下。因為溫度如果超過這個允許值，IGBT模塊性能將會明顯下降，并不能穩定工作，從而影響IGBT模塊運行的可靠性。如果熱設計不合理，將會導致IGBT故障，甚至燒毀。因此，如何為IGBT設計性能可靠、使用靈活、結構緊湊、散熱高效、不用維修的散熱器，成為電力電子設備冷卻領域的熱門研究課題。[1]
傳統的單相流體的對流換熱方式只能適用于熱流密度不大的電力電子設備。因此必須設計開發新的散熱手段以滿足IGBT高熱流密度散熱的要求。熱管散熱器是結合先進的熱管技術及環肋散熱技術，與傳統散熱器相比又稱為相變散熱器，適合高熱流密度情況下的散熱，可滿足IGBT對散熱器緊湊、可靠、靈活、高效散熱、不要維修等要求。[2]
2 熱管結構及工作原理
熱管的基本工作原理如圖1所示，典型的熱管有管殼、吸液芯和端蓋組成，將管內抽成1.3X(10-1~10-4)Pa的負壓后充以適量的工作液體，使緊貼管內壁的吸液芯毛細多孔材料中充滿液體后加以密封。其工作機理是工質液體與吸液芯之間產生的表面張力必須大到能克服管內壓降，并維持工質液體循環。當熱管的一蒸發段受熱時毛細芯中的液體蒸發汽化，蒸汽在微小的壓差下流向冷凝段放出熱量凝結成液體，液體再沿多孔材料靠毛細力的作用流回蒸發段，如此循環工作。[3]
圖1 熱管原理示意圖
3D復合相變熱管散熱器，如下圖2所示，基板與復合超導平板熱管（FHP）組成3D連通的相變傳熱體系，相變基板受熱時，工質吸收熱量，相變為蒸汽，蒸汽沿蒸汽通道將熱量傳遞至每片熱管（FHP）管道，并將熱量傳遞至遠端，FHP散熱翅片進行熱量交換，釋放熱量，工質冷凝回流至相變基板區，從而形成熱量交換循環。
展開 節選自陳繼良 《從零開始學散熱》
特別感謝作者和 機械工業出版社 授權
從傳熱學理論中可以看到，提高導熱系數能夠有效強化傳熱。以導熱為例，當傳熱面積很小時，傳遞相同的熱量，導熱系數越高，需要的溫差越小。當前，芯片尺寸越來越小，發熱量越來越大，如將這些熱量轉移到一定位置所“耗費”的溫差也越來越大。為緩解這一趨勢，人們不斷采用更高導熱系數的材料制成傳熱通路。但這些材料的導熱系數多數在~102 W/(m?K)，即便是石墨片，也僅~1000W/(m?K)。而由于石墨片越厚（代表橫向熱流截面積）其水平方向導熱系數越低，因此其熱流動效率并不高。因此，設計更高傳熱效率的傳熱部件就變得越來越關鍵。在這種需求下，熱管和均溫板應運而生。
熱管和均溫板的特點和典型應用
熱管（Heatpipe）和均溫板（Vapor Chamber，簡稱VC）在高功率或高集成度電子產品中應用廣泛。當使用得當時，它可以被簡單地理解為一個導熱系數非常高的部件。不難理解，熱管和VC可以有效消除擴散熱阻。
熱管最常見的應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。如左下圖所示，當芯片發出的熱量經由導熱界面材料傳遞到散熱器上后，由于熱管導熱系數極高，熱量可以以極低的熱阻沿熱管傳播。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中。右下圖是基板中鑲嵌熱管的散熱器。當芯片發熱面積相對較小時，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，由于熱管導熱系數很高，便可以有效緩解溫度的不均勻性，提高散熱器的散熱效率。
圖1 熱管散熱器
熱管的另一種應用場景是熱量的高效轉移。這種設計在筆記本中非常常見。
展開 結論
未來筆記型計算機的發展，必定朝向更高的處理速度及更廣泛的使用范圍，相對的熱管設計也必須符合其規范，而使用燒結式微熱管能在尺寸不變的情況下提升其性能，故研發與量產燒結式微熱管已刻不容緩，如果廠商無法建立熱管的設計能力，將無法面對熱管為未來日益增加的需求。
未來在國內發展這項產品與技術，不僅有助于國內信息、醫療、儀器等產品的升級，利用微熱管技術所衍生的相關熱管產品如熱管散熱器、熱交換器等可以廣泛的應用在各種需要精密溫控、散熱的的產業中。
THE END
（作者來自工研院光電所及臺灣大學機械工程學研究所）
***本文部分內來源于網絡和摘自：”專業熱設計人必學必會182講---電子產品散熱設計理論視頻課程“ 部分章節中部分內容。如有侵權請聯系刪除！
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展開 當前的微處理器設計趨勢主要是功率增加、尺寸減小、運算速度增加。這樣可以在更小，更快的微處理器中實現更高的功率。隨著微處理器變得更輕，更小，功能更強大，電子設備變得輕巧緊湊。不過微處理器在更小的空間內產生更多的熱量，這使得熱管理解決方案比以前更受到關注。
更高效的散熱
熱管理的目的是將設備的溫度保持在適中的范圍內，否則，電子設備將變得更熱，直到發生故障，從而縮短了電子設備的使用壽命。
根據3D科學谷的了解，目前的熱管理裝置采用傳統的制造方法制造，例如沖壓，擠壓，鑄造和機械加工。有多種不同類型的熱管理裝置存在，例如熱管，蒸汽室，散熱器，風扇或其任何組合。典型的熱管理系統包括熱管和散熱器。熱管和散熱器使用傳統的制造方法制造為單獨的部件，然后組裝在一起，散熱器與熱管的連接形成了產生熱阻的接頭，從而降低了從熱管到散熱器的熱傳遞能力，并最終降低了裝置的熱傳遞能力。
根據3D科學谷的市場研究，微軟正在研究如何通過3D打印技術來改善電子設備的散熱裝置。3D打印散熱裝置可實現優化和可定制的散熱解決方案。例如，通過3D打印技術可以制造那些傳統制造方法難以加工的緊湊型彎曲形狀和非平面幾何形狀。由于制造的幾何公差要求，傳統制造方法在加工這些散熱裝置的時候很難滿足帶微處理器的電子設備內的緊密空間的空間狹小的挑戰，而通過3D打印制造的通道來實現散熱器的連接可以滿足空間狹小帶來的挑戰。
構成熱管理系統的多個熱管理裝置還可以作為單個組件一次性通過3D打印技術制造出來，從而消除使用熱效率低的粘合方法來連接多個熱管理裝置，減少了熱管理系統的重量，減小了熱管理系統的整體尺寸。并且通過3D打印技術，散熱器的翅片可以具有不同的尺寸和/或形狀，以優化效率。
展開 4 結束語
控制器各元器件在不使用水冷的常態溫度情況與使用水冷且水流速度為1 m/s時的溫度情況對比見表1。
由表1可知，使用水冷可以有效的降低控制器各元器件的溫度，在水流速度為1 m/s的情況下可以降低溫度約27℃，還可以保障IGBT等功能模塊環境溫度的穩定，提升其長期工作的可靠性，為實際產品的設計提供支撐。若能使用專業的冷卻液，并加大液體流速，可達到更加高效的降溫效果。
圖5 Y、X方向溫度云圖
圖6 Z、X方向溫度云圖
圖7 水冷板溫度云圖
表1 控制器各元器件溫度
參考文獻
[1] 姜坤,李濤,張永亮.電機控制器IGBT模塊水冷散熱研究[J].電子科技,2017(2):68-71.
[2] 楊雄鵬,張磊,曹倫,等.IGBT用水冷板式散熱器的數值模擬[J].電子機械工程,2014(4):43-46.
[3] 丁杰,李江紅,陳燕平,等.流動狀態與熱源簡化方式對IGBT水冷板仿真結果的影響[J].機車電傳動,2011(5):21-25.
[4] 張程,張卓.IGBT大功率模塊水冷散熱系統的設計[J].自動化應用,2016(5):9-11,15.
[5] 苗苗,王碩,李雪冬.S形水道水冷板傳熱特性研究[J].鐵道機車與動車,2013(12):16-18,42.
[6] 王玉玨,杜雪濤.水冷式熱管散熱器在服務器中的應用研究[J].機械設計與制造,2015(5):39-42.
文章來源：設備管理與維修
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?散熱風扇配件?：銅鋁制品、散熱型材、風機、電機、風扇自動組裝設備等
?散熱設備?：液冷系統、熱管散熱器
、熱管散熱器、叉指形散熱器、液冷散熱、組合散熱器、固態繼電器用散熱器、大功率晶體管散熱器及相關配件等;
分析與檢測：
分析儀器、激光導熱儀、導熱分析儀、導熱系數儀、熱膨脹儀、電子熱測試儀、風量風壓測試儀、激光導熱系數測量儀、材料強度試驗機、熱物性測量設備等；
加工設備：
壓延機、涂布機、分條機、模切機、復卷機、切片機;切卷機;分切機、精密裁切機、自動化分條機、導熱材料生產設備
、熱管散熱器、叉指形散熱器、液冷散熱、組合散熱器、固態繼電器用散熱器、大功率晶體管散熱器及相關配件等;
5、分析與檢測：分析儀器、激光導熱儀、導熱分析儀、導熱系數儀、熱膨脹儀、電子熱測試儀、風量風壓測試儀、激光導熱系數測量儀、材料強度試驗機、熱物性測量設備等；
6、加工設備：壓延機、涂布機、分條機、模切機、復卷機、切片機;切卷機;分切機、精密裁切機、自動化分條機
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<p class="ql-align-justify"><strong>“Ansys 2025 全球仿真大會”仿真應用大賽優秀作品展示</strong></p><p><br></p><p>本屆仿真應用大賽最終評選出 30 篇 TOP 優秀作品，分別榮獲一、二、三等獎及行業最佳實踐獎。近 200 位來自汽車、半導體、高科技、能源等行業的仿真精英參賽，他們以前沿思維與創新實踐，充分展現了仿真技術的無限潛能
汽車零部件制造業中的細分領域——汽車熱管理系統，是保障車輛動力系統、電池組（新能源車）及座艙環境溫度穩定的關鍵部件，直接影響車輛性能、能效和安全性。隨著汽車行業向電動化、智能化轉型，熱管理系統的技術復雜性和市場需求持續提升。
在汽車電動化與智能化轉型的洪流中，熱管理系統作為動力電池、電驅系統及智能座艙的溫度守護者，其性能直接關乎車輛安全、能效與壽命。隨著800V高壓平臺
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中。右下圖是基板中鑲嵌熱管的散熱器。當芯片發熱面積相對較小時，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，由于熱管導熱系數很高，便可以有效緩解溫度的不均勻性，提高散熱器的散熱效率。
圖1 熱管散熱器
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