谷研究 l 看微软3D打印翅片形状各异、一体化散热器的个中奥秘
当前的微处理器设计趋势主要是功率增加、尺寸减小、运算速度增加。这样可以在更小，更快的微处理器中实现更高的功率。随着微处理器变得更轻，更小，功能更强大，电子设备变得轻巧紧凑。不过微处理器在更小的空间内产生更多的热量，这使得热管理解决方案比以前更受到关注。
更高效的散热
热管理的目的是将设备的温度保持在适中的范围内，否则，电子设备将变得更热，直到发生故障，从而缩短了电子设备的使用寿命。
根据3D科学谷的了解，目前的热管理装置采用传统的制造方法制造，例如冲压，挤压，铸造和机械加工。有多种不同类型的热管理装置存在，例如热管，蒸汽室，散热器，风扇或其任何组合。典型的热管理系统包括热管和散热器。热管和散热器使用传统的制造方法制造为单独的部件，然后组装在一起，散热器与热管的连接形成了产生热阻的接头，从而降低了从热管到散热器的热传递能力，并最终降低了装置的热传递能力。
根据3D科学谷的市场研究，微软正在研究如何通过3D打印技术来改善电子设备的散热装置。3D打印散热装置可实现优化和可定制的散热解决方案。例如，通过3D打印技术可以制造那些传统制造方法难以加工的紧凑型弯曲形状和非平面几何形状。由于制造的几何公差要求，传统制造方法在加工这些散热装置的时候很难满足带微处理器的电子设备内的紧密空间的空间狭小的挑战，而通过3D打印制造的通道来实现散热器的连接可以满足空间狭小带来的挑战。
构成热管理系统的多个热管理装置还可以作为单个组件一次性通过3D打印技术制造出来，从而消除使用热效率低的粘合方法来连接多个热管理装置，减少了热管理系统的重量，减小了热管理系统的整体尺寸。并且通过3D打印技术，散热器的翅片可以具有不同的尺寸和/或形状，以优化效率。
根绝3D科学谷的市场观察，微软正在开发的这种散热装置，具有若干潜在的最终用途，包括应用到具有无源或有源冷却部件（例如，风扇）的任何电子设备。可以用于个人计算机，服务器计算机，平板电脑或其他手持计算设备，移动计算机，移动电话，大型计算机或媒体播放器。这种散热装置还可以结合在可穿戴电子设备中，该设备可以佩戴在人体上或附着在人体或衣服上。这种可穿戴设备例如手表、心率监视器、活动跟踪器或头戴式显示器。
利用改进的散热功能，微软可以为电子设备安装更强大的微处理器，可以设计更薄的电子设备，可以提供更高的处理速度。
更可控的散热
与现有技术的制造工艺相比，3D打印的热管理装置的公差更小。而且，3D打印的热管理系统的轮廓可以更好地利用先前浪费的空间并将热侧热连接到冷侧。换句话说，通过3D打印所实现的紧密的弯曲和拐角设计可以将原来传统制造方法无法利用的空间充分利用起来。
热管或蒸汽室的内部结构对于相变性能是重要的。影响相变性能的特征包括蒸汽空间和毛细管特征。蒸汽空间是蒸发的工作流体行进到冷凝器的路径，并且毛细管特征是冷凝的工作流体返回蒸发器的路径。3D打印的散热装置有效利用了整个系统中的空隙，改善了热管或蒸汽室的整体性能并改善了动力能力，使得毛细管特征不会受到破坏机制的影响（例如塌陷，开裂或起皱）。
传统的制造技术中，散热片的部件各自是分开的，这些散热器翅片通过钎焊或以其他方式附接在热管或另一表面上。每个散热翅片和热管之间的结合增加了现有技术装置内的热阻，从而降低了热效率。
3D打印翅片也允许翅片根据系统几何形状和冷却方法而变化。例如，如果使用主动冷却，则翅片可以被设计用于在计算设备的高流动区域中的最佳主动冷却效率的形状，然后被调谐为对于通过计算设备的低流动区域中的自然对流进行耗散而言是最佳的状态。自然对流翅片可以被配置为在计算设备的标准方向上的最佳状态。可以将散热片添加到主散热部位的顶部和底部。在母板和主要散热部分之间的区域中，散热片的几何形状可以是不同的，包括例如具有圆形横截面的翅片，该翅片的形状可以随着距翅片基部的距离而变化，不仅可以具有不同横截面形状，还可以带有通道或管，包括例如正弦波或贝塞尔曲线结构。
毛细特征可以直接3D打印到相变装置上，3D打印的毛细管特征可包括筛芯结构，开放通道，覆盖有筛网的通道，筛网后面的环，动脉结构，波纹筛，其他结构或其任何组合。
此外，根据3D科学谷的了解，微软所开发的3D打印的翅片可以设计成可变密度，使得从处理器到壳体的热传递是可控的。在更靠近发热部件的区域中，翅片可具有低密度/高孔隙率。翅片可以更密集，增加热传递效率。通过调节翅片密度可以为壳体的外表面提供均匀的温度分布，从而提供更优化的热传递。
第一热交换器可以使用铜，铝，钛，金，或者两种或更多种材料（例如，铜和铝）的组合进行3D打印。第二热交换器直接3D打印在第一热交换器上，使得第一热交换器和第二热交换器形成单个连续组件。
3D打印释放了使用传统制造方法制造先前无法实现或不实的设计的潜力。可以以高分辨率和以产品功能为导向的一体化结构散热器组件的制造。
参考资料：US10054995B2_additive manufactured passive thermal enclosure
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