热管和VC均热板的应用区别
热管和VC均热板的应用区别
当前，很多热设计项目中都会用到热管、VC，这两种之间有很多相似性，但实际应用中却有很多不同。本文从结构和热设计考虑上说说其中的差异。
热管的原理大家都很清楚，热管内壁是一层毛细结构，内部充入液体并抽真空。安装在热源端的我们叫蒸发端，当有热量释放后，蒸发端内部液体气化，转移到压力较低的另外一端冷凝端，在冷凝端受冷又凝结为水。从这个过程上讲，热管和VC看起来是一回事。
结构设计与成本热管的原理大家都很清楚，热管内壁是一层毛细结构，内部充入液体并抽真空。安装在热源端的我们叫蒸发端，当有热量释放后，蒸发端内部液体气化，转移到压力较低的另外一端冷凝端，在冷凝端受冷又凝结为水。从这个过程上讲，热管和VC看起来是一回事。
结构设计与成本
散热设计考虑因素
热管
几十年来，基于成本差异，热管一直是热设计工程师的优先选择。热管选择灵活，也可以根据需求设计多根热管联合应用。由于其低成本和设计灵活性在很多应用场景仍然保持优势。
热管冷却笔记本电脑（维基百科）
更大的总功率和功率密度需求都要求使用多个热管用于解决散热带来的挑战。下面的两张图片都是用于小型高性能台式电脑的散热器。左侧的那个在热源和热管之间使用铜基板，这在热管应用中是常见的（间接接触）。随着CPU热量在该产品中的持续增加，散热遇到了问题，但设计中并不希望从根本上重新设计散热方案，如右图所示。在这里，VC取代了铜基板，在热源上更均匀地散热，并将其更有效地传递到热管。这就是两种散热组件混合使用的典型案例。
热管散热器 - （L）使用固体铜基板，（R）使用VC（ixbtlabs.com和Celsia）
这个问题的一个替代方案可能是所谓的“直接接触”热管。但是，这种解决方案也有其缺点。如下所示，此设计使用打扁和机加的热管，这些热管嵌入铝板，直接接触热源。虽然消除了基板和芯片之间因为导热材料引入的热阻(实际中间还需要导热材料)，但他不能降低在基板的扩散热阻。
直接接触热管（Silverstonetek）
传统两片式VC
大部分VC厂家都使用传统的两片式设计。虽然研究和实际应用表明，使用VC散热器的性能比热管提高20-30％，但两片式设计的成本和多管热管应用差不多。但基于应用上的一些散热优势，两片式VC在应用中逐渐增多。
两片式设计在制造上比较方便，几乎可以做成任意形状。结构形式的灵活性是它一大优势。
传统的两片式VC（anandtech.com和Celsia）
如前所述，平面方向形状多样性是优点，但成本增加，以及Z方向缺乏灵活性是它的典型缺点。例如，两片式设计无法折成U型。
单片式一体化VC
单片式一体化VC比两片式VC成本降低，保持了相同的热性能特性，同时增加了一些独特的功能（例如U形弯曲）。与热管一样，单片式VC和热管一样，与热源直接接触，具有多向热流。但是它们的生产成本较低，因为它们生产过程简单，需要的生产工具较少，也较少了不必要的焊接工作量。
单片式一体化VC
设计步骤
步骤＃1 - 首先判断位置
考虑到这些限制，重点在于散热器本身，首先应了解冷凝器是否远离热源或局部于热源。
· 如果距离超过40-50mm，用热管更好。设计灵活性高，允许弯曲和打扁，以符合三个维度中的任何形状。
· 如果重点解决扩散热阻，那么采用VC散热方案是最好的，但基本条件是散热器与热源的周长比大于30：1。
步骤2：简单计算确定散热器性能
可以通过简单计算，来确定散热器性能，做基本的判定。这可以告诉我们，热量 - 空气、空气温升之间的关系。翅片到空气，空气自己的温升是整个系统中最大的温升组成。因此设计重点是加大翅片面积、增大流量以及降低压降。
· 如果热裕量低于10℃，考虑纯铜或热管。对于低功耗设备，单个热管通常就足够了。通过总功耗，我们可以估算出携带热量所需的热管数量。例如，一个6毫米的热管可以携带45W的热量。
· 如果它低于5℃，那么可能需要VC。对于高功率的小型设备，通常VC是最佳解决方案。另一方面，VC通常不会达到其性能极限，因此它们的尺寸可以覆盖尽可能多的散热器基板。由于它们的扁平形式，VC和芯片之间可以直接接触。
上图是LED应用的示例。在该示例中，将两个8mm的热管与具有相似成本的单个15mm宽的VC进行比较。每个方案代表使用不同长度的鳍。如所见，VC提供额外的4-5℃的热余量。
步骤＃3 - CFD分析以优化设计
更进一步，对热管、VC详细建模，通过系统级的设计来优化组件应用。确保整个系统满足散热要求。
当前，电子产品系统级CFD仿真工具主要有Flotherm、FlothermXT、6SigmaET、Icepak。不同软件之间各有优劣，不在本文详述。对于热管或VC建模基本都采用各项同性等效结构模型，导热系数设置5000-10000。