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VC均温板散热器设计指南

日期:2019-07-24

VC(Vapor Chambers)直译叫蒸汽腔,业内一般叫平面热管、均温板、均热板。随着芯片功率密度的不断提升,VC已经广泛应用在CPU、NP、ASIC等大功耗器件的散热上。本文对VC设计中需要主要的问题进行了介绍,翻译自celsia的一篇文章,供大家共同学习。

 

1、VC散热器优于热管或金属基板散热器

虽然VC可以认为是平面热管,但它仍然具有一些核心优势。它比金属或热管均温效果更好。可以使表面温度更均匀(热点减少)。其次,使用VC散热器可以让热源和设备之间直接接触,从而降低热阻; 而热管通常需要嵌入基板。

 

VC与热管、金属对比

 

2、使用VC均温而不是像热管一样转移热量

热管是将热源连接到远端翅片的理想选择,尤其是对于相对曲折的路径来说。即使路径是直的,对于热量需要远端转移,也更多的用热管而不是VC。这就是热管和VC的关键区别,热管重点是转移热量。

VC扩散热量、热管转移热量

 

当然也有例外的,在成本优先,两个热源很近而要求温度均匀时,用热管也是一种选择。

3、Thermal Budget(热预算?)紧张时使用VC

产品运行的最高环境温度减去die的最高温度被称为Thermal Budget,对于很多户外应用,这个值大于40℃。

 

所有△-Ts的总和必须低于Thermal Budget

 

这意味着所有单个delta-Ts(从TIM到Air)的总和必须低于计算的Thermal budget。对于此类应用,通常需要散热器底座的delta-T为10℃或更低。

4、VC面积应至少为热源面积的10倍

与热管一样,VC的导热系数随长度增加而增加。这意味着与热源相同尺寸的VC与铜基板相比几乎没有优势。一个经验是VC的面积应该等于或大于热源面积的十倍。在Thermal Budget较大或风量比较大的的情况下,这可能不是问题。然而,通常情况下,基本底部表面需要比热源大得多。

 

VC应至少为热源的10倍大小

 

5、根据应用需求选择VC形式

大家应该都很熟悉传统的VC,它由两个冲压金属(两片式设计)制成,这种设计可以做成任何形状来适应需求。

两片式设计的优点和缺点

 

现在,有的厂家也在生产一体式VC,这种类似一个很大的通关。其形状仅限于矩形,但可以在Z方向折弯形成U型或台阶式。

整体设计的优点和缺点

 

6、其他考虑因素

尺寸 - 理论上没有极限,但用于电子设备冷却的VC,在X和Y方向上很少超过300-400 mm。厚度是毛细结构和耗散功率的函数。烧结金属芯是最常见的类型,VC厚度在2.5-4.0mm之间。

功率密度 - VC的理想应用是热源的功率密度是大于20 W/cm 2,但实际很多设备超过300 W/cm 2

保护 - 最常用于热管和VC的涂层是镀镍,具有防腐蚀和美观作用。

工作温度 - 虽然VC可以承受多次冷冻/解冻循环,但它们的典型工作温度范围在1-100 之间。

压力 - VC通常设计为在变形前承受60psi的压力。但是,最高可达90psi。

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