电子说
从4G时代进入5G时代,智能手机芯片性能、数据传输速率、射频模组等都有着巨大提升,无线充电、NFC等功能逐渐成为标配,手机散热压力持续增长。
因此,散热器件是5G手机中不可或缺的一个环节。为避免过热带来的器件失效,导热硅脂、导热凝胶、石墨导热片、热管和VC均热板等技术相继出现、持续演进,散热管理已经成为5G时代电子器件的“硬需求”。
由于在散热效率方面极具优势,VC均热板已逐渐成为5G手机散热的主流方案,并加速向超薄化、结构简单化和低成本方向发展,技术迭代正在加速进行。未来随着5G终端产品进一步放量,VC均热板市场增长潜力巨大。
热管
热管一般由管壳、吸液芯和端盖构成,将管内抽成一定的压强后充以适量的工作液体,使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。
热管的一端为蒸发段,另一端为冷凝段,根据应用需要在两段中间可布置绝热段。吸液芯采用毛细微孔材料,利用毛细吸力回流液体,管内液体在吸热段吸热蒸发,冷却段冷凝回流,循环带走热量。
从热传递的辐射、对流、传导三种方式来看,对流传导效率最高,热管技术也因此迅速普及开来,逐渐应用于桌面电脑、笔记本、LED、平板电脑和手机中。
VC均热板
均热板工作原理与热管类似,同样包括传导、蒸发、对流、冷凝四个主要步骤。两者差别主要在于热传导方式不同。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。
首先,发热源产生的热量传导至VC均热板的蒸发端,内部的冷凝液会迅速吸收这些热量并转化为蒸气,从而带走大量的热能。由于水蒸气的潜热性,VC均热板的热蒸汽会由高压区扩散到低压区,当蒸汽接触温度较低的内壁时会迅速凝结为液体并释放热能。最后,这些液体会利用毛细作用流回蒸发端,最终形成一个水气并存的双相循环系统。
相关研究表明,VC散热器的性能比热管提高20%~30%
一是与热源以及散热介质的接触面积更大,能够使表面温度更加均匀;
二是使用均热板可以使热源和设备直接接触降低热阻,而热管则在热源和热管间需要嵌入基板;
三是均热板更加轻薄,更能够适应手机集成化、轻量化的趋势。
得益于VC均热板片状的形态,热量可以向多个水平方向传导,冷凝的效率更高,而且它与热源以及散热介质的接触面积更大,能够使表面温度更加均匀。由于VC均热板能和发热源直接接触无需基板,还可进一步降低热阻。
不断精进的热管理技术
我们研发了热导率10000W/m▪K以上的相变热控器件,凭借热阻较低、导热速率快、传热能力大、适应性良好等优点,能做到热管理系统控制效果的整体提升。
以永磁同步电机的应用为例,该类型电机端部绕组的局部温度较高,针对该问题我们设计相匹配的热管或者折弯异型均热板,增加散热路径,避免热量堆积,控制温差。
而以方壳电池的应用为例,我们设计与动力电池相互匹配的相变超薄均热板,厚度可达到0.25mm,使电池包内部均匀热量、外部冷却降温,热层可取代目前电芯中常用的热熔胶层,完成电池包整体的均温化。
审核编辑 黄宇
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