手機、筆電愈薄散難散熱

出版時間:2019/10/23 16:29

呂錫民/工研院能環所退休研究員

電子元件小型化和高密度封裝的開發,需要緊湊且具高性能的散熱部件。超薄微熱管作為一種新型熱管,因為超扁平形狀非常適合高功率和有限散熱空間的應用,目前已被廣泛研究,並普遍應用於可攜式電子產品。
 
隨著微電子技術和電信業的快速發展,各種電子設備應用正在如火如荼蔓延,特別是諸如智慧型手機或平板電腦等超薄可攜式電子設備,它們共同特徵在於高性能、輕量化和小型化。這需要在有限的散熱空間中,製造具有高熱流的高功率電子芯片。
 
手機的應用發展就是最好例子。近年來智慧型手機的中央處理器功耗一直在不斷增加當中。過去兩年中用於智慧型手機的三個最成功CPU,其滿載功耗約在3-5W。然而,由於需要更輕、更薄的智慧型手機,因此形成散熱空間越來越減小。
 
在沒有高效熱控制情況下,高功率和高度組成電子芯片,將導致電子設備每單位面積熱量的顯著增加。此外,大量熱流被封裝在一個超薄包裝空間中,明顯超出傳統空氣使用對流冷卻的範疇,尤其是惡劣的熱環境會降低電子元件的可用性和操作可靠性。
 
近年來,高面內傳熱係數(1600W /m•K)石墨片與金屬板(鎂、鋁、不銹鋼、銅等)結合使用,可方便於可攜式電子設備的冷卻。其中厚度(0.017mm)石墨片特別適用於超薄電子設備的散熱。然而,該解決方案具有高散熱性的限制,並且當考慮大批量生產時,石墨的成本仍然是瓶頸。
 
作為高效的兩相傳熱裝置,微熱管顯著的熱性能和高可靠度,廣泛用於高功率密度電子元件的熱控制。它們已經成為一種非常優選的解決方案,也是桌上型電腦、筆記型電腦、航太部件和發光二極體模塊等普通電子設備的主要散熱方法,基本上,微熱管可提供溫度均勻性,並消除此類設備中的局部熱點。
 
隨著互聯網和移動通信技術的發展,對諸如智慧型手機、筆記型電腦等可攜式電子設備的需求,一直在快速增長。
 
顯然,超薄微熱管的開發和應用受到許多因素的影響和限制,例如芯的毛細管性能低、缺乏有效的封裝工藝、產率低、高製造成本,超薄可攜式設備的高性能和散熱之間的矛盾日益突顯,但這也為超薄微熱管的開發和應用帶來機遇和挑戰。
 

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