近期，富士通實(shí)驗(yàn)室有限公司（Fujitsu Laboratories Ltd）與名古屋大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)工程系（Department of Mechanical System Engineering, Nagoya University）的研究人員在《Applied Thermal Engineering》期刊發(fā)表了將兩層銅板制造的亞毫米厚薄型環(huán)路熱管應(yīng)用于5G智能電子設(shè)備散熱的研發(fā)成果。
Submillimeter-thick loop heat pipes fabricated using two-layer copper sheets for cooling electronic applications
薄型環(huán)路熱管（LHP）特性
日本研究人員開發(fā)的這種可應(yīng)用于超薄緊湊型電子設(shè)備散熱的環(huán)路熱管（LHP），具有以下特性：
1、使用兩層銅板制造，亞毫米厚的新型環(huán)形熱管；
2、在薄銅板上形成溝槽結(jié)構(gòu)以產(chǎn)生毛細(xì)作用力；
3、由銅纖維制成無紡布做為維持液相的吸液芯；
4、厚度為0.4 mm的細(xì)環(huán)路熱管的熱阻為0.21 K / W；
5、厚度為0.4 mm的超薄環(huán)路熱管在7.5 W熱功率時(shí)的熱阻為0.21 K / W。
薄型環(huán)路熱管的研發(fā)背景
論文研究人員表示，與LTE和4G等常規(guī)通信標(biāo)準(zhǔn)相比，5G移動(dòng)通信系統(tǒng)支持高帶寬，低延遲的寬帶通信。5G可以在許多領(lǐng)域提供服務(wù)，包括運(yùn)輸，醫(yī)療保健，安全，農(nóng)業(yè)和社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施。由于包括智能手機(jī)，平板電腦，家用電器，OA設(shè)備，汽車和生產(chǎn)設(shè)備在內(nèi)的許多設(shè)備越來越多地連接到通信網(wǎng)絡(luò)，因此通信數(shù)據(jù)處理量越來越多。
隨著處理數(shù)據(jù)的增長，電子設(shè)備產(chǎn)生的熱量增加。另一方面，對(duì)更小更輕的電子設(shè)備的需求也在增加。由于小型化縮小了電路板的面積，電子設(shè)備及部件的發(fā)熱密度增加。為了應(yīng)對(duì)由電子部件產(chǎn)生的越來越多的熱量和較高的發(fā)熱密度，需要先進(jìn)的熱管理系統(tǒng)。
研究發(fā)現(xiàn)，具有高導(dǎo)熱率的材料（例如復(fù)合金屬和石墨片）的僅限于在平面方向提供較好的散熱性能。但是，熱管和蒸汽室（Vapor Chamber）技術(shù)提供的傳熱能力比固體導(dǎo)熱材料好得多。
環(huán)路熱管（LHP）是兩相流熱傳輸系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)長距離熱傳輸而無需輔助動(dòng)力。LHP已針對(duì)諸如CPU 等高發(fā)熱元件的應(yīng)用進(jìn)行了研究和開發(fā)，但尚未在消費(fèi)電子產(chǎn)品中廣泛使用。因此，5G通信系統(tǒng)下消費(fèi)電子的高發(fā)熱問題，可能為超薄型環(huán)路熱管提供用武之地。
新型亞毫米薄型環(huán)路熱管的結(jié)構(gòu)
1、新型薄型環(huán)路熱管，僅采用兩片薄銅板制造，可以簡(jiǎn)化制造過程及降低成本，LHP的厚度也可以從目前的0.6mm進(jìn)一步縮?。?/span>
2、兩片薄銅板構(gòu)造的薄型LHP中，毛細(xì)作用力是通過使用“半蝕刻”制造工藝形成的細(xì)溝槽結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的。分別在兩片薄銅板上通過蝕刻工藝構(gòu)建平行/垂直工作流體的毛細(xì)溝槽，并將兩個(gè)銅薄片擴(kuò)散焊結(jié)合，形成正交帶槽芯的毛細(xì)吸液芯結(jié)構(gòu)；
3、薄型LHP的工作流體為水，這是因?yàn)樗豌~材的組合在常規(guī)熱管中是常見的。選擇水，能夠確保其在電子設(shè)備長期應(yīng)用的可靠性。此外，水的表面張力大于其他工作流體的表面張力，因此增加了毛細(xì)作用力；
4、經(jīng)原型研究得出，薄型LHP中有效傳熱的最佳工作流體填充比為40±2 vol％。
薄型LHP中通過蝕刻并擴(kuò)散結(jié)合的正交帶槽芯
兩層銅板構(gòu)建的薄型LHP流路布局以及Type-A原型的毛細(xì)細(xì)槽結(jié)構(gòu)
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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431120334992
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