找一截銅管,一錘子把它拍平,滴一滴水進去,然后兩端密封抽成真空。
恭喜你,你發明了效率最高的散熱器!
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它叫做均熱板(Vapor Chamber),早期只出現在少數昂貴設備里。直到手機性能越來越猛,它才被大規模請上舞臺。現在你只要拆開手機,大概率都能在電池背后找到它的身影……呃,這是個拆壞的案例,給你們看一個正常的。
所以,它到底是怎么工作的?相比于傳統熱管它有哪些優勢? 它會是散熱問題的終極解決方案嗎?咱們3分鐘講清楚。
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首先,咱們把這塊薄板從中間剖開。可以看到,它雖然扁,但里面其實是一個被壓縮到極限的“蒸汽引擎”。底部緊貼著發熱芯片的部分,稱為蒸發區。當芯片溫度升高時,板底部的微量純水會迅速吸收熱量,并在真空環境下汽化成蒸汽。而汽化,正是它的殺手锏——因為蒸汽膨脹的速度,是金屬傳熱的幾十倍。
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汽化后的蒸汽體積迅速膨脹,會以極快的速度充滿整個扁平的腔體,沖向所有相對低溫的區域,也就是連接散熱鰭片的地方,我們稱之為冷凝區。蒸汽碰到這個冷壁,就會釋放熱量并冷凝回液體。那冷凝后的水去哪兒?它不會亂跑,而是沿著內部的毛細結構——燒結的銅粉、微溝槽之類的“隱形水管”,迅速爬回蒸發區,繼續下一輪循環。正是靠這種不停的“蒸發—擴散—冷凝—回流”,熱量被一遍又一遍從芯片上帶走。
而這,就是均熱板比傳統熱管更強的原因。傳統熱管只能將熱量從 A 點線性地傳導到 B點,是一條“單行道”。而均熱板則是一個面,一個二維平面,蒸汽能瞬間把熱攤成一整張“熱地圖”,極大地提高了散熱器的利用效率。
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其次,均熱板在應對高熱密度上效果更佳。現代芯片發熱集中且面積小,傳統熱管往往需要多根并聯才能覆蓋。均熱板則可以做成一個完整的金屬面,直接覆蓋住整個芯片區域。并且,還能做到極薄——薄到能貼在手機、電池、平板、筆記本里不占空間。很多設備為了節省體積,把它直接做成整塊金屬背板,讓它像一塊會“喝熱”的鎧甲一樣罩在芯片上。
專業點講,它的等效導熱系數,比純銅高出幾十倍。
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是個好東西,不過呢......也并非完美無缺,因為——復雜的制造工藝導致的成本高企。相比于普通熱管,均熱板涉及高精度的真空封裝和毛細結構處理。任何一點瑕疵都可能導致導熱性能大幅下降,所以它的制造成本依然較高。盡管性能優勢明顯,它還是不能完全取代熱管,更多是作為高性能設備的升級選項。
所以下次手機燙手時,你是不是也該考慮一下,升級一臺帶均熱板的設備呢。
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