热管和均温板（节选2）

热管或VC的性能指标

   热管和VC最重要的性能指标有三个，分别是最大热传量Qmax，热阻R和启动温度T0。其定义分别如下：

l  最大热传量Qmax：Qmax的值等于如下情境中的发热量：热管或VC的蒸发段贴合发热量为Q的发热源，测量得出的蒸发段和冷凝段之间的温差在规定的范围内（工程上通常使用5℃作为判定标准，部分严格标准采用2℃），单位为W。

l  热阻R：当传递大小为Q的热量时，实际测得的蒸发段和冷凝段之间的温差为ΔT，热阻的值就是ΔT/Q，单位为℃/W或者K/W.

l  启动温度T0：热管内进行的是一个蒸发冷凝的过程。但流体的蒸发和冷凝必须在一定的温度、压强条件下才会发生。启动温度T0是指热管或VC内形成相变换热循环时所需要的最低温度。

   热管的这三个关键指标主要与管径、吸液芯渗透率和孔隙率、吸液芯厚度、工作流体性质、充液量、内部真空度、管壁厚度，折弯角度和工作环境等多个因素有关。当热管被拍扁或者折弯时，内部的蒸汽流动空间缩小，液体流动的毛细结构也会被不同程度的损伤，因此其传热性能就会有所衰减。同样，越薄的VC，其上述三个性能指标也会降低。

表9-2 不同直径、不同厚度的热管最大传热量

图9-6 热管拍扁状态下内部毛细结构的微细裂痕^[2]

超薄热管和超薄VC

  由于热管被压的很薄，因此其最大传热量是很小的。比如0.4mm厚的热管其最大传热量仅为~3W。另外，虽然采用了中置毛细结构，但热管被拍扁时，两侧的的铜壁仍不可避免地会变形，因此能拍到0.4mm厚度的热管，其原始管径也不大（通常不超过5mm——2019年9月的数据）。这就导致拍完后的热管宽度有限，从而影响均热效果。另外，由于热管被拍扁后，蒸汽通道是完全中空的，且由于铜壁很薄（通常<0.15mm）,因此其抗压或抗折弯强度都很差。总结下来，超薄热管有如下缺点：

1)   最大传热量低；

2)只能是接近一维均热，均热面积受限；

3)机械强度低。

 上述缺陷推动了超薄VC的进步。VC是两片式结构，其宽度可以任意定制，理论上不受限制。由于面积大，其最大传热量也比较大。超薄VC面临的困难是类似的。这么薄的空间内如何确定充水量，以及如何设置毛细结构，如何焊接，都是难题。

图9-9 雷蛇2手机内用的超薄VC^[3]

  类似地，由于内部空间小，超薄VC的毛细结构与传统VC也不相同。据2019年的技术，超薄VC是使用蚀刻的技术在铜板上蚀刻出凸台，凸台起到支撑作用。另外一片铜板内部则贴合铜网作为毛细结构。铜柱间的间隙就是蒸汽流动通道，铜网则是液体回流通道[4]。如此薄的铜板，蚀刻、焊接、注液、抽真空、封口等都是难题。这样导致当前超薄VC良率较低，成本较高。

表9-4 超薄热管的技术现状^[5]

表9-5 超薄热管的技术现状^[5]

本章小结

 热管和VC一般会和散热器配合使用。其关键作用是降低扩散热阻。但由于内部处于真空，且不凝性气体的进入会导致性能大幅衰减，故其往往成为散热器失效的“罪魁祸首”。本章详解了最大传热量、热阻和启动温度以及各种其它因素对这三个参数的影响。对VC和热管的应用和发展趋势感兴趣的读者可以联系作者，针对特定问题进行讨论。

本章参考文献

[1] 杨世铭, 陶文铨. 传热学第三版[M]. 高等教育出版社, 1998.

[2] Tang, Heng, Tang, et al. Review of applications and developmentsof ultra-thin micro heat pipes for electronic cooling[J]. Applied Energy, 2018,223:383-400.

[3] JerryRigEverything. https://www.you tube.com/watch?v=UGsICbmmfws

[4] Chen Z, Li Y, Zhou W, et al. Design, fabrication and thermalperformance of a novel ultra-thin vapour chamber for cooling electronicdevices[J]. Energy Conversion and Management, 2019, 187: 221-231.

[5] Delta Slim Heat Pipe Vapor Chamber. http://www.deltaww.com

作者简介：陈继良，仿真秀专栏作者，文章节选自机械工业出版社发行，陈继良老师编著的《从零开始学散热》，点击可订购。