适用于小型电子设备的超薄环路热管装置

原标题：适用于小型电子设备的超薄冷却装置   通过厚度低于1mm的环路热管实现了以往5倍的热传输

开发背景

对于无法安装风扇以及水冷却泵的薄小电子设备，以前都是通过采用薄金属和石墨等热传导率较高的片材进行发热元件的散热，并在设备内部减少热量集中。但如果元件发热量增加的话，依赖这些片材本身所具有的特性已不能充分满足散热。

开发的技术

本次富士通在全球首次开发出了厚度在1mm以下，并可内置于薄小电子设备中的环路热管。环路热管是一种热传输装置，它需具备吸收热源热量的蒸发器与进行散热的冷凝器，并分别通过管道环状连接（图1）。在这个封闭环路结构内部封装了冷却剂，冷却剂在蒸发时产生的汽化热可以降低热源温度，其原理与洒水相同。

将本次开发的超薄环路热管安装在如CPU等高发热元件上，并将元件产生的热转移至设备内温度较低的部位，从而可以将设备的发热分散（图2）。

开发的技术具有如下特征：

1、实现高效热传输的结构设计

基于环路热管的热移动，通常利用纤维、海绵、树木植物等吸水时的毛细现象，将蒸发器内部多孔材料产生的毛细管力作为流体驱动源的。为了实现传热，本次开发了铜薄板重叠微小群孔结构。即在几张铜薄板上将预定位置稍微偏移而设计的孔图形进行蚀刻生成，通过重叠产生出使流体循环的毛细管力。而且由于这种结构体在管路中分离气体与液体两种流体，所以实现了高效的热传输。另外，使液体返回到蒸发器的液体管道内也采用了毛细管力的结构，使其具有无需考虑形状即可进行稳定热传输的功能，从而更适用于移动设备。

2、环路热管的超薄化

利用0.1mm厚的铜薄板，统一生成6片（内外表面各1片和内层4片），将以前实际使用的厚度需要在10mm左右的环路热管蒸发器超薄化至0.6mm的厚度，实现了移动设备可容纳尺寸的热传输装置。

图1 环路热管构造

图2 超薄环路热管应用于手机时的使用场景图

图3 超薄环路热管样品外观

图4 蒸发器的蚀刻图案

（相互移动4片铜薄板上生成的孔位置进行层叠）

图5 超薄环路热管的热传输状态

（红外热成像画面）

效果

与原来的高热传导率片材以及超薄环路相比，通过利用本次开发的技术可传输的热量大约是其5倍。而且该技术在实现CPU等配件低温操作的同时，还可预防设备内局部热量集中，对逐年小型化的电子设备可提供新型冷却系统。

由于该技术属于不依赖泵等外部动力而将热本身作为驱动源的热传输设备，因此无需增加功耗即可使设备均热化，这将有助于实现使用流畅和客户舒适体验的电子设备。

本文来源：株式会社富士通（FUJITSU）