近期，富士通实验室有(yǒu)限公司（Fujitsu Laboratories Ltd）与名古屋大學(xué)机械系统工程系（Department of Mechanical System Engineering, Nagoya University）的研究人员在《Applied Thermal Engineering》期刊发表了将两层铜板制造的亚毫米厚薄型环路热管应用(yòng)于5G智能(néng)電(diàn)子设备散热的研发成果。
Submillimeter-thick loop heat pipes fabricated using two-layer copper sheets for cooling electronic applications
薄型环路热管（LHP）特性
日本研究人员开发的这种可(kě)应用(yòng)于超薄紧凑型電(diàn)子设备散热的环路热管（LHP），具有(yǒu)以下特性：
1、使用(yòng)两层铜板制造，亚毫米厚的新(xīn)型环形热管；
2、在薄铜板上形成沟槽结构以产生毛细作用(yòng)力；
3、由铜纤维制成无纺布做為(wèi)维持液相的吸液芯；
4、厚度為(wèi)0.4 mm的细环路热管的热阻為(wèi)0.21 K / W；
5、厚度為(wèi)0.4 mm的超薄环路热管在7.5 W热功率时的热阻為(wèi)0.21 K / W。
薄型环路热管的研发背景
论文(wén)研究人员表示，与LTE和4G等常规通信标准相比，5G移动通信系统支持高带宽，低延迟的宽带通信。5G可(kě)以在许多(duō)领域提供服務(wù)，包括运输，医疗保健，安全，农业和社会基础设施。由于包括智能(néng)手机，平板電(diàn)脑，家用(yòng)電(diàn)器，OA设备，汽車(chē)和生产设备在内的许多(duō)设备越来越多(duō)地连接到通信网络，因此通信数据处理(lǐ)量越来越多(duō)。
随着处理(lǐ)数据的增長(cháng)，電(diàn)子设备产生的热量增加。另一方面，对更小(xiǎo)更轻的電(diàn)子设备的需求也在增加。由于小(xiǎo)型化缩小(xiǎo)了電(diàn)路板的面积，電(diàn)子设备及部件的发热密度增加。為(wèi)了应对由電(diàn)子部件产生的越来越多(duō)的热量和较高的发热密度，需要先进的热管理(lǐ)系统。
研究发现，具有(yǒu)高导热率的材料（例如复合金属和石墨片）的仅限于在平面方向提供较好的散热性能(néng)。但是，热管和蒸汽室（Vapor Chamber）技术提供的传热能(néng)力比固體(tǐ)导热材料好得多(duō)。
环路热管（LHP）是两相流热传输系统，可(kě)以实现長(cháng)距离热传输而无需辅助动力。LHP已针对诸如CPU 等高发热元件的应用(yòng)进行了研究和开发，但尚未在消费電(diàn)子产品中广泛使用(yòng)。因此，5G通信系统下消费電(diàn)子的高发热问题，可(kě)能(néng)為(wèi)超薄型环路热管提供用(yòng)武之地。
新(xīn)型亚毫米薄型环路热管的结构
1、新(xīn)型薄型环路热管，仅采用(yòng)两片薄铜板制造，可(kě)以简化制造过程及降低成本，LHP的厚度也可(kě)以从目前的0.6mm进一步缩小(xiǎo)；
2、两片薄铜板构造的薄型LHP中，毛细作用(yòng)力是通过使用(yòng)“半蚀刻”制造工艺形成的细沟槽结构而产生的。分(fēn)别在两片薄铜板上通过蚀刻工艺构建平行/垂直工作流體(tǐ)的毛细沟槽，并将两个铜薄片扩散焊结合，形成正交带槽芯的毛细吸液芯结构；
3、薄型LHP的工作流體(tǐ)為(wèi)水，这是因為(wèi)水和铜材的组合在常规热管中是常见的。选择水，能(néng)够确保其在電(diàn)子设备長(cháng)期应用(yòng)的可(kě)靠性。此外，水的表面张力大于其他(tā)工作流體(tǐ)的表面张力，因此增加了毛细作用(yòng)力；
4、经原型研究得出，薄型LHP中有(yǒu)效传热的最佳工作流體(tǐ)填充比為(wèi)40±2 vol％。
薄型LHP中通过蚀刻并扩散结合的正交带槽芯
两层铜板构建的薄型LHP流路布局以及Type-A原型的毛细细槽结构
关于此项研究工作的更多(duō)信息，请参考：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431120334992
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