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VC均溫板散熱器設計指南

日期:2019-07-24

VC(Vapor Chambers)直譯叫蒸汽腔,業內一般叫平面熱管、均溫板、均熱板。隨著芯片功率密度的不斷提升,VC已經廣泛應用在CPU、NP、ASIC等大功耗器件的散熱上。本文對VC設計中需要主要的問題進行了介紹,翻譯自celsia的一篇文章,供大家共同學習。

 

1、VC散熱器優于熱管或金屬基板散熱器

雖然VC可以認為是平面熱管,但它仍然具有一些核心優勢。它比金屬或熱管均溫效果更好??梢允贡砻鏈囟雀鶆颍狳c減少)。其次,使用VC散熱器可以讓熱源和設備之間直接接觸,從而降低熱阻; 而熱管通常需要嵌入基板。

 

VC與熱管、金屬對比

 

2、使用VC均溫而不是像熱管一樣轉移熱量

熱管是將熱源連接到遠端翅片的理想選擇,尤其是對于相對曲折的路徑來說。即使路徑是直的,對于熱量需要遠端轉移,也更多的用熱管而不是VC。這就是熱管和VC的關鍵區別,熱管重點是轉移熱量。

VC擴散熱量、熱管轉移熱量

 

當然也有例外的,在成本優先,兩個熱源很近而要求溫度均勻時,用熱管也是一種選擇。

3、Thermal Budget(熱預算?)緊張時使用VC

產品運行的最高環境溫度減去die的最高溫度被稱為Thermal Budget,對于很多戶外應用,這個值大于40℃。

 

所有△-Ts的總和必須低于Thermal Budget

 

這意味著所有單個delta-Ts(從TIM到Air)的總和必須低于計算的Thermal budget。對于此類應用,通常需要散熱器底座的delta-T為10℃或更低。

4、VC面積應至少為熱源面積的10倍

與熱管一樣,VC的導熱系數隨長度增加而增加。這意味著與熱源相同尺寸的VC與銅基板相比幾乎沒有優勢。一個經驗是VC的面積應該等于或大于熱源面積的十倍。在Thermal Budget較大或風量比較大的的情況下,這可能不是問題。然而,通常情況下,基本底部表面需要比熱源大得多。

 

VC應至少為熱源的10倍大小

 

5、根據應用需求選擇VC形式

大家應該都很熟悉傳統的VC,它由兩個沖壓金屬(兩片式設計)制成,這種設計可以做成任何形狀來適應需求。

兩片式設計的優點和缺點

 

現在,有的廠家也在生產一體式VC,這種類似一個很大的通關。其形狀僅限于矩形,但可以在Z方向折彎形成U型或臺階式。

整體設計的優點和缺點

 

6、其他考慮因素

尺寸 - 理論上沒有極限,但用于電子設備冷卻的VC,在X和Y方向上很少超過300-400 mm。厚度是毛細結構和耗散功率的函數。燒結金屬芯是最常見的類型,VC厚度在2.5-4.0mm之間。

功率密度 - VC的理想應用是熱源的功率密度是大于20 W/cm 2,但實際很多設備超過300 W/cm 2。

保護 - 最常用于熱管和VC的涂層是鍍鎳,具有防腐蝕和美觀作用。

工作溫度 - 雖然VC可以承受多次冷凍/解凍循環,但它們的典型工作溫度范圍在1-100 之間。

壓力 - VC通常設計為在變形前承受60psi的壓力。但是,最高可達90psi。

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