HEAT PIPE 原理、设计及应用.ppt

1,Heat Pipe 原理、設計及應用,主講人：Shiner Lu 2005/09/22,2,熱管之原理,熱導管是由極高純度的無氧銅管所製成（內有銅網、銅絲、溝槽或燒結粉末）並充填適量的純水當作工作流體當受熱端將工作流體蒸發成氣相，氣流經過中空管道到冷卻端，冷卻後將工作流體凝結成液相；冷凝液再藉由銅管內的毛細組織吸回受熱端，如此即完成一個吸／放熱循環藉由如此的相變化，可在很小的溫差下傳遞大量熱能產品尺寸從直徑３mm、4mm、5mm、6mm、8mm，長度為80mm ~ 350mm皆可量產目前熱管產品廣泛應用於3C電子產品的均溫與散熱方面用途,3,熱管種類,Fiber 纖維絲 Mesh 金屬網 Groove 溝槽管 Powder 燒結管,4,NB 散熱方式,NB的操作溫度對於系統是否會當機的影響極大，以NB的CPU而言，處理器公司，如Intel、AMD等大廠，通常要求在室溫35℃狀況時，CPU內部溫度不得超過100℃以維持CPU的正常工作狀況(內裝如為DT用之CPU則要求更嚴），若超過此要求溫度則處理器即有燒毀的危機該CPU送到仁寶、廣達等筆記型電腦大廠後，NB公司基於產品穩定性的需求，該要求溫度將以95℃的溫度為控制規格，進行NB所有元件的配置。

然後，鴻海、奇鈜等零組件廠商即開始以95℃的目標溫度，進行該等級筆記型電腦散熱模組的設計與測試，通過後即行開模量產，送回NB大廠遂行組裝 三、四個月後，嶄新款式、包裝精美的NB即推向市場完成一個NB的世代交替所以，刷卡買筆記型電腦等繳款時間到時，該NB變成“LKK“等級，並不是天方夜譚！,5,2,前述目標溫度的控制是讓NB系統有較高的可靠度、維持CPU安全運作的唯一方法該問題的解決，即是無所不用其極的透過散熱設計來設計出各式各樣的散熱裝置以避免溫度升高該散熱裝置，一般經由風扇（fans）、高熱傳導係數的鋁(Al)、銅(Cu) 、金屬鰭片及搭配熱導管所組成，透過將高熱傳導係數金屬材料與CPU面層緊密黏貼，將CPU產生的熱量經由熱導管傳送至金屬尾端之鰭片，並以風扇加以吹拂，透過對流方式，維持CPU於一定的工作溫度下運轉，是基本散熱模組的設計理念此項作法，與汽車中的水箱系統、家用冷氣機的散熱系統，以及桌上型電腦欲進行超頻，即得更換一個超大風扇的想法，是具有一致性的但諸多應用上所差異的是，NB中的散熱模組，一般得經過設計，以維持狹小空間中對流、傳導的合適性而已6,3,現行傳統之系統散熱解決模式主要是將CPU或VGA等高發熱元件所產生的熱，透過封裝表層將熱先導引至散熱片或高熱傳特性的金屬塊，然後再透過熱導管的作用將其傳導至散熱裝置上 (如風扇、散熱鰭片等) 將熱排出。

某款家用電腦的氣冷式散熱模組，其底層厚厚一片，緊貼於CPU上的，一般是高熱傳導係數的鋁合金，其邊上的風扇，用以增加對流現象，維持良好的散熱效益然而傳統方式的散熱方法，當熱量經由這些組件予以排出時，其傳導過程中由於是由多個零組件所組合，其整體的熱阻相形增加、成本相對提高，加上傳統的散熱片大多數是由鋁合金所製造，其熱傳導性只屬於中等程度，對於目前元件發熱功率越來越高的情況，逐漸有捉襟見肘的情形發生等盲點存在7,4,而若當晶片走向尺寸細微化、功能整合化之際，單位面積所產生的熱能若能經由高熱傳導特性的熱管（Heat Pipe），予以快速的散佈在整個板片上，達到均勻分散並傳給與其接觸的散熱片，使局部熱點所可能造成之元件不穩定性降至最低，則可有效增強元件的可靠度及壽命 前述熱管一般由密閉容器，毛細結構與低沸點的工作流體所構成密閉容器於抽真空後注入適量低沸點的工作流體然後密封由於工作流體在容器內維持飽和狀態，一旦容器的一端受熱，工作流體吸熱而汽化，所產生的蒸汽將流向容器另一端溫度較低處放熱凝結此時，該凝結液再藉由毛細作用力或重力回流至原加熱位置，完成一次的熱量循環交換8,5,由於熱管內的工作流體藉由液、氣相間的相變化（phase change）吸收熱量，並以氣體分子傳輸熱量的方式，因而可得到高於鋁、銅近五十倍的熱傳導係數，具有相當好的傳熱效果。

目前P-4等級筆記型電腦中，由微熱管組成散熱系統的方法是該構思的落實該熱管系統由微型熱管、鋁合金底座、鰭片等構成模矩中，熱管的內部以相變化方式，快速傳輸CPU產生的熱量，其效率遠較鋁合金中自然傳導的方法為佳，模矩透過更多突出的鰭片提供較佳的熱交換途徑，透過風扇吹散於空氣中，一次就可把CPU產生的熱量帶走，大幅降低工作溫度，維持筆記型電腦運轉的順暢9,熱管之應用 ( for DT ),10,熱管之應用 (Heat column cooler for DT ),11,熱管之應用 (for NB),12,熱管之應用 (for NB),13,熱管之檢測,Test method: T Heat Source = 70±5°C DA = 50 mm in contact with heat pipe DB = 30 mm in contact with heat pipe T ambient = 25±3°C Find Q-max while ΔT ≦ 5°C (ΔT = T1-T2),14,熱管之成型,15,熱管效能一覽表（YCTC）,16,熱管效能一覽表（FUJIKURA）,≪ヒートパイプの最大熱輸送量≫ Qmax=(Qmax-fact)/Leff Leff=Le/2+La+Lc/2Leff:実効熱輸送長さ Le:蒸発部長さ La:断熱部長さ Lc:凝縮部長さ,17,18,19,簡 報 結 束,謝謝觀賞,。