熱管和VC均熱板的應用區別
熱管和VC均熱板的應用區別
當前，很多熱設計項目中都會用到熱管、VC，這兩種之間有很多相似性，但實際應用中卻有很多不同。本文從結構和熱設計考慮上說說其中的差異。
熱管的原理大家都很清楚，熱管內壁是一層毛細結構，內部充入液體并抽真空。安裝在熱源端的我們叫蒸發端，當有熱量釋放后，蒸發端內部液體氣化，轉移到壓力較低的另外一端冷凝端，在冷凝端受冷又凝結為水。從這個過程上講，熱管和VC看起來是一回事。
結構設計與成本熱管的原理大家都很清楚，熱管內壁是一層毛細結構，內部充入液體并抽真空。安裝在熱源端的我們叫蒸發端，當有熱量釋放后，蒸發端內部液體氣化，轉移到壓力較低的另外一端冷凝端，在冷凝端受冷又凝結為水。從這個過程上講，熱管和VC看起來是一回事。
結構設計與成本
散熱設計考慮因素
熱管
幾十年來，基于成本差異，熱管一直是熱設計工程師的優先選擇。熱管選擇靈活，也可以根據需求設計多根熱管聯合應用。由于其低成本和設計靈活性在很多應用場景仍然保持優勢。
熱管冷卻筆記本電腦（維基百科）
更大的總功率和功率密度需求都要求使用多個熱管用于解決散熱帶來的挑戰。下面的兩張圖片都是用于小型高性能臺式電腦的散熱器。左側的那個在熱源和熱管之間使用銅基板，這在熱管應用中是常見的（間接接觸）。隨著CPU熱量在該產品中的持續增加，散熱遇到了問題，但設計中并不希望從根本上重新設計散熱方案，如右圖所示。在這里，VC取代了銅基板，在熱源上更均勻地散熱，并將其更有效地傳遞到熱管。這就是兩種散熱組件混合使用的典型案例。
熱管散熱器 - （L）使用固體銅基板，（R）使用VC（ixbtlabs.com和Celsia）
這個問題的一個替代方案可能是所謂的“直接接觸”熱管。但是，這種解決方案也有其缺點。如下所示，此設計使用打扁和機加的熱管，這些熱管嵌入鋁板，直接接觸熱源。雖然消除了基板和芯片之間因為導熱材料引入的熱阻(實際中間還需要導熱材料)，但他不能降低在基板的擴散熱阻。
直接接觸熱管（Silverstonetek）
傳統兩片式VC
大部分VC廠家都使用傳統的兩片式設計。雖然研究和實際應用表明，使用VC散熱器的性能比熱管提高20-30％，但兩片式設計的成本和多管熱管應用差不多。但基于應用上的一些散熱優勢，兩片式VC在應用中逐漸增多。
兩片式設計在制造上比較方便，幾乎可以做成任意形狀。結構形式的靈活性是它一大優勢。
傳統的兩片式VC（anandtech.com和Celsia）
如前所述，平面方向形狀多樣性是優點，但成本增加，以及Z方向缺乏靈活性是它的典型缺點。例如，兩片式設計無法折成U型。
單片式一體化VC
單片式一體化VC比兩片式VC成本降低，保持了相同的熱性能特性，同時增加了一些獨特的功能（例如U形彎曲）。與熱管一樣，單片式VC和熱管一樣，與熱源直接接觸，具有多向熱流。但是它們的生產成本較低，因為它們生產過程簡單，需要的生產工具較少，也較少了不必要的焊接工作量。
單片式一體化VC
設計步驟
步驟＃1 - 首先判斷位置
考慮到這些限制，重點在于散熱器本身，首先應了解冷凝器是否遠離熱源或局部于熱源。
· 如果距離超過40-50mm，用熱管更好。設計靈活性高，允許彎曲和打扁，以符合三個維度中的任何形狀。
· 如果重點解決擴散熱阻，那么采用VC散熱方案是最好的，但基本條件是散熱器與熱源的周長比大于30：1。
步驟2：簡單計算確定散熱器性能
可以通過簡單計算，來確定散熱器性能，做基本的判定。這可以告訴我們，熱量 - 空氣、空氣溫升之間的關系。翅片到空氣，空氣自己的溫升是整個系統中最大的溫升組成。因此設計重點是加大翅片面積、增大流量以及降低壓降。
· 如果熱裕量低于10℃，考慮純銅或熱管。對于低功耗設備，單個熱管通常就足夠了。通過總功耗，我們可以估算出攜帶熱量所需的熱管數量。例如，一個6毫米的熱管可以攜帶45W的熱量。
· 如果它低于5℃，那么可能需要VC。對于高功率的小型設備，通常VC是最佳解決方案。另一方面，VC通常不會達到其性能極限，因此它們的尺寸可以覆蓋盡可能多的散熱器基板。由于它們的扁平形式，VC和芯片之間可以直接接觸。
上圖是LED應用的示例。在該示例中，將兩個8mm的熱管與具有相似成本的單個15mm寬的VC進行比較。每個方案代表使用不同長度的鰭。如所見，VC提供額外的4-5℃的熱余量。
步驟＃3 - CFD分析以優化設計
更進一步，對熱管、VC詳細建模，通過系統級的設計來優化組件應用。確保整個系統滿足散熱要求。
當前，電子產品系統級CFD仿真工具主要有Flotherm、FlothermXT、6SigmaET、Icepak。不同軟件之間各有優劣，不在本文詳述。對于熱管或VC建模基本都采用各項同性等效結構模型，導熱系數設置5000-10000。