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熱管原理進化之VC均熱板的散熱原理

454398 ? 來源:cfan ? 作者:cfan ? 2020-08-24 11:12 ? 次閱讀

CFan曾在《筆記本手機散熱 為啥用熱管而不用大面積銅片?》這篇文章中簡單介紹過熱管散熱相較于純銅散熱片的優(yōu)勢。今天,咱們再來聊一聊基于熱管原理的進化之作——VC均熱板。

小米10系列就主打超大面積的VC均熱板

新興的VC均溫板

熱管雖然非常適合筆記本和手機這類超輕薄的移動設備,但在“瘦身風潮”肆虐的當下,無論是游戲本還是游戲手機也都以更性感的身材為榮,有限的內部空間用于很難安置更多、更長和更粗的熱管。

因此,業(yè)內迫切需要一種比熱管導熱效率更高的散熱部件。于是,名為VC(Vapor Chamber)的“均熱板”(又稱“均溫板”)便出現(xiàn)了。

在筆記本領域,雷蛇靈刃系列是最早也是最熱衷搭配均溫板的游戲本。拆開后蓋你看不到熟悉的熱管,CPUGPU供電和其他發(fā)熱部件表面都覆蓋了一層超大號的VC均熱板,而且它還直連散熱鰭片,配合強力風扇雙管齊下,讓內部熱量迅速發(fā)散。

此外,聯(lián)想最新的拯救者Y9000X也是采用VC均熱板的代表,這款15.6英寸輕薄本在14.9mm厚、1.7kg重的身材里就塞進了英特爾45W的標壓版處理器,進入“野獸模式”下可以讓酷睿i7-9750H穩(wěn)定運行在60W狀態(tài),此時CPU最高溫度也不過90攝氏度。究其原因,是因為Y9000X引入了新一代TSIPro霜刃散熱系統(tǒng),由4個TSI渦輪增壓風扇(包含對應的散熱鰭片)和一塊大面積的VC均熱板構成。

智能手機領域,熱管正逐漸成為中端手機的專利,比如起價不足2000元的iQOO Neo 855版主打由熱管構成的散熱模塊,而旗艦級iQOO Pro 5G版就選用了VC均熱板。

iQOO Neo 855版

iQOO Pro 5G版

同理,OPPO Rone 2內置熱管,但定位更高的OPPO Reno Ace也改用了VC均熱板。

OPPO Rone 2

OPPO Reno Ace

此外,以華碩ROG2、小米9 Pro、黑鯊2 Pro、realme X2 Pro、華為Mate 20X等4G旗艦以及一系列5G新品手機也都主打“VC液冷”,這些手機散熱效果的差異主要表現(xiàn)在VC均熱板的面積,以及起輔助散熱的石墨、銅箔、導熱凝膠和導熱硅膠等元素的組合搭配。

VC均熱板的散熱原理

作為筆記本和智能手機的新型散熱方式,VC均熱板同樣屬于相變導熱的代表,也是由純銅打造的內部密封且中空(內壁不光滑,布滿毛細結構),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”。

VC均熱板的內部結構

VC均熱板的工作原理和熱管有相似也有不同,但大體上都包含傳導→蒸發(fā)→對流→凝固四個步驟。

首先,發(fā)熱源(芯片)運行時產生的熱量傳導至VC均熱板的蒸發(fā)端,內部的冷凝液會迅速吸收這些熱量并轉化為蒸氣,從而帶走大量的熱能。由于水蒸氣的潛熱性,VC均熱板的熱蒸汽會由高壓區(qū)擴散到低壓區(qū)(冷凝端),當蒸汽接觸溫度較低的內壁時會迅速凝結為液體并釋放熱能。最后,這些液體會利用毛細作用流回蒸發(fā)端,最終形成一個水氣并存的雙相循環(huán)系統(tǒng)。

熱管的散熱原理

熱管和VC均熱板的差異主要表現(xiàn)在內部的傳導方式方式上。熱管受制于“條狀”形態(tài),熱量(熱蒸汽)只能在左右兩個方向上進行線性傳導。此外,在熱管和發(fā)熱源(芯片)之間往往還需嵌入一層散熱基板,后者的材質、面積和填充物也會影響一定的導熱效率。

VC均熱板的工作原理

反觀VC均熱板,得益于其“片狀”的形態(tài),熱量可以向多個水平方向傳導,冷凝的效率更高,而且它與熱源以及散熱介質的接觸面積更大,能夠使表面溫度更加均勻。由于VC均熱板和能與發(fā)熱源直接接觸無需基板,還可進一步降低熱阻。

總之,更大面積的VC均熱板可以更好地減少熱點,實現(xiàn)芯片下的等溫性,較之熱管可以做得更薄,在水平方向上的散熱性能堪稱完美。因此,這種導熱單元更加符合目前筆記本和智能手機輕薄化、空間利用最大化的發(fā)展趨勢。

VC與熱管的混合應用

相對于熱管而言,VC均熱板的成本更高,所以它很難在筆記本領域迅速普及,但在高端智能手機身上卻已經有了燎原的趨勢。為了進一步提升散熱效率,無論是手機還是PC領域還出現(xiàn)了熱管和VC均熱板混搭的案例。

華碩ROG2 Phone算是采用熱管和VC混搭的手機代表,這款手機由熱管、VC均熱板、石墨散熱膜和銅箔散熱片構成,散熱模塊設計非常豪華。

在PC領域,熱管和VC混搭常見于CPU散熱器,很多散熱器與CPU接觸的部分就是VC均熱板,而且它們還實現(xiàn)了均熱板與熱管的無縫結合,冷凝液和熱蒸汽可以在這兩種導熱單元之間循環(huán),從最大限度挖掘出了蒸汽→液體→蒸汽的高效導熱特性。

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