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无源无芯,新型两相散热器或引发均温板产业革命!

发布时间:2021-01-23 12:56:09人气:
目前,商用的两相散热器Vapor Chamber(均温板,或简称为VC)的技术核心建立在液体汽化潜热扩散上,包括三个关键点:
1、成核沸腾
2、蒸汽扩散
3、凝结回流
 
成核沸腾指的是在热点区域的液体吸热汽化的过程,蒸汽扩散过程依赖均温板制造过程中抽取的真空低压环境所形成的压力梯度,凝结回流是蒸汽放出大量潜热,相变为液体并从毛细芯结构中返流到热点区域。
 
从以上工作流程可见,真空环境和毛细芯(wick)在现有的均温板中缺一不可。
 
无芯两相散热器
 
真空环境与毛细芯(wick)结构是确保商用均温板正常工作的两个关键要素,如果不再需要这两个要素,均温板将是何种结构形态?其制造过程是否能够简化到足以引发均温板产业革命呢?
 
印度研究人员,开发制造了一种不需要重力和毛细芯结构来进行工作液再循环的新型两相散热技术(a novel orientation independent and wickless heat spreader)。该新型散热器在现有商用均温板蒸汽热扩散原理的演变基础上,同样采用金属密闭腔体结构,而工作液填充率为100%,液体在热点区域沸腾,气泡在完全填充腔体的工作液中进行快速无定向扩散,并在冷凝端释放热量,完成工作循环。
 
新型无芯散热器,克服了现有均温板因长时间工作腐蚀和不可冷凝气体,导致的工作液流经吸液芯被阻塞而性能下降的缺陷;也改善了现有均温板当热源安装在上方时,冷凝液无法依靠重力回流,必须要在冷凝端构建完整毛细结构的制造难题。
 
新型气泡扩散机制
 
从开发者公开的资料中得知,新型无芯散热器采用含有表面活性离子添加剂(SAIL,[BMIM] [OS])的水溶液代替纯水冷却液,在散热器腔体中完全充满(如图1)。由于热点附近成核的相邻气泡之间包含的薄膜之间的液-气界面上吸附的SAIL相互作用而产生的排斥力足够强,足以引起气泡在所有方向上的扩散,非聚集的气泡迅速散布在较大的区域上,并凝结在冷端将热量释放到散热器上。
 
高热通量散热优势
 
这种被动的散热机制是非定向性的,可以在约25°C的温度预算内解决热点热通量> 1 MW / m2的冷却问题。
 
采用表面活性离子液体(SAIL)作为冷却液中的添加剂,显示出非常高的散热潜力,而与组件安装方向无关。
 
低成本制造优势
 
新型无芯两相散热器,设计、制造简单,低成本且响应速度快速,具有替代复杂毛细且可靠性较差的均温板的巨大潜力,可作为地球和太空环境中的电子设备热管理的有效设备。
 
由于其在以下环节简化了两相散热器的生产制造,具备低成本且快速交付能力,有望扩展在两相散热器在热管理领域的应用,引爆行业新格局。
 
简化的制造过程:
1、避免了现有均温板抽真空注液流程中需要多次、长时间反复试验以确定最佳参数;
2、避免了耗能、长周期的毛细芯烧结;
3、简化了腔体的结构以及成型工艺,降低腔体的焊接密封成本。
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