VC均溫板散熱器設計指南

VC均溫板散熱器設計指南

VC（Vapor Chambers）直譯叫蒸汽腔，業(yè)內(nèi)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(jīng)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(yōu)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(yōu)勢。它比金屬或熱管均溫效果更好。可以使表面溫度更均勻（熱點減少）。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(zhuǎn)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(zhuǎn)移，也更多的用熱管而不是VC。這就是熱管和VC的關(guān)鍵區(qū)別，熱管重點是轉(zhuǎn)移熱量。

VC擴散熱量、熱管轉(zhuǎn)移熱量

當然也有例外的，在成本優(yōu)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(chǎn)品運行的最高環(huán)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(shù)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(yōu)勢。一個經(jīng)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(jù)應用需求選擇VC形式
大家應該都很熟悉傳統(tǒng)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(yōu)點和缺點

現(xiàn)在，有的廠家也在生產(chǎn)一體式VC，這種類似一個很大的通關(guān)。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(yōu)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(jié)構(gòu)和耗散功率的函數(shù)。燒結(jié)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(huán)，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。