歧管式一體化環(huán)路熱管芯片散熱器

摘 要：為解決高熱流密度芯片的散熱難題，設(shè)計(jì)了一款基于歧管換熱結(jié)構(gòu)的一體化環(huán)路熱管芯片靶向散熱器。以超高導(dǎo)熱效率的歧管式蒸發(fā)器為核心，采用毛細(xì)芯驅(qū)動(dòng)兩相工質(zhì)循環(huán)；通過(guò)有機(jī)材料與金屬材料相結(jié)合的方式，設(shè)計(jì)三維柔性結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)芯片在復(fù)雜狹小空間內(nèi)高效散熱。對(duì)該散熱器進(jìn)行綜合性能評(píng)估，結(jié)果表明：歧管式環(huán)路熱管芯片散熱器的散熱量能達(dá)到148.5 W，可滿足大部分5G/6G終端智能芯片的散熱需求；以全國(guó)PC終端為例，裝配該散熱器的情況下年耗電量可以減少約9.044×108 kW·h。該產(chǎn)品的節(jié)能減排效果顯著，應(yīng)用前景廣闊。

關(guān)鍵詞：歧管式蒸發(fā)器；環(huán)路熱管；魚骨式微通道；芯片；散熱器；節(jié)能

1 作品介紹

5G時(shí)代的智能芯片功率高、運(yùn)算速度快，但在狹小空間內(nèi)存在熱量導(dǎo)出難、導(dǎo)出慢的問(wèn)題。為此，本項(xiàng)目研究了一款基于歧管換熱結(jié)構(gòu)的一體化環(huán)路熱管芯片散熱器，旨在解決狹小空間內(nèi)高熱流密度芯片的散熱難題。以超高導(dǎo)熱效率的歧管式蒸發(fā)器為核心，輔以魚骨式微通道毛細(xì)芯等結(jié)構(gòu)，同時(shí)設(shè)計(jì)三維柔性結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品具有高導(dǎo)熱率、零耗能、抗重力、可彎折等優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了芯片在復(fù)雜狹小空間內(nèi)高效散熱，具有較高的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。

2 技術(shù)原理

本產(chǎn)品采用相變換熱的原理進(jìn)行靶向吸熱和靶向放熱。如圖1所示，液相工質(zhì)流經(jīng)歧管式微通道毛細(xì)芯時(shí)吸熱汽化，并在冷凝器處放熱液化，實(shí)現(xiàn)由毛細(xì)芯提供循環(huán)驅(qū)動(dòng)力，達(dá)到持續(xù)散熱的目的。

圖1 產(chǎn)品散熱原理

3 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）產(chǎn)品采用歧管散熱結(jié)構(gòu)，使兩相工質(zhì)的流動(dòng)路徑由全U型轉(zhuǎn)變?yōu)榘險(xiǎn)型。

（2）創(chuàng)新性地采用線切割魚骨式微通道毛細(xì)芯進(jìn)行供能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自循環(huán)。

（3）采用獨(dú)特的梭形翅片流線型導(dǎo)流模組，使得工質(zhì)擴(kuò)散均勻，散熱效率得到提高。

（4）采用雙并聯(lián)交錯(cuò)式變距梭形翅片冷凝器，使得冷凝效率倍增。

（5）對(duì)蒸發(fā)器、冷凝器、氣液相管路進(jìn)行平面一體化設(shè)計(jì)，有利于產(chǎn)品制造。

（6）設(shè)計(jì)三維柔性結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)芯片在復(fù)雜狹小空間內(nèi)高效散熱。

4 市場(chǎng)前景

據(jù)統(tǒng)計(jì)，電子元器件因熱量集中引起的功能失效率高達(dá)70%。而當(dāng)前的散熱方案中仍存在諸多技術(shù)痛點(diǎn)，如風(fēng)冷、水冷等主流散熱方案存在產(chǎn)品體積大、適用場(chǎng)景受限等弊端，基于石墨片、VC均溫板的散熱方案難以解決具有復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的高算力設(shè)備的散熱問(wèn)題。

目前市場(chǎng)上電子散熱器的能耗占設(shè)備運(yùn)行總能耗的30%以上。隨著5G、云計(jì)算時(shí)代的到來(lái)，電子設(shè)備散熱器市場(chǎng)急需性能高、適用場(chǎng)景廣泛的新型散熱系統(tǒng)。另外，現(xiàn)有散熱器均為二維結(jié)構(gòu)，不具備復(fù)雜空間散熱能力，難以滿足新型3C設(shè)備的要求。

團(tuán)隊(duì)提出的歧管式一體化環(huán)路熱管芯片散熱器，由一體化銅質(zhì)基板、毛細(xì)芯、流線型導(dǎo)流模組及交錯(cuò)式冷凝器等部件組成，為芯片熱控提供環(huán)保新方案。與VC均溫板和傳統(tǒng)圓柱形蒸發(fā)器環(huán)路熱管相比，靈活性更好，散熱效率更高。研究表明，歧管式環(huán)路熱管芯片散熱器的散熱量能夠達(dá)到

148.5 W，可滿足大部分5G/6G終端智能芯片的散熱需求。同時(shí)以全國(guó)PC終端為例，裝配該產(chǎn)品的情況下年耗電量可以減少約

9.044×108 kW·h。該產(chǎn)品的節(jié)能減排效果顯著，可為VR/AR、無(wú)人機(jī)、計(jì)算機(jī)、智能汽車等領(lǐng)域的散熱問(wèn)題提供有效的解決方案，應(yīng)用前景廣闊。