两层薄铜板构建的亚毫米薄型环路热管，应用于5G移动设备散热

信息来源：Applied Thermal Engineering，感谢！

近期，富士通实验室有限公司（Fujitsu Laboratories Ltd）与名古屋大学机械系统工程系（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于5G智能电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应用于超薄紧凑型电子设备散热的环路热管（LHP），具有以下特性：

1、使用两层铜板制造，亚毫米厚的新型环形热管；

2、在薄铜板上形成沟槽结构以产生毛细作用力；

3、由铜纤维制成无纺布做为维持液相的吸液芯；

4、厚度为0.4 mm的细环路热管的热阻为0.21 K / W；

5、厚度为0.4 mm的超薄环路热管在7.5 W热功率时的热阻为0.21 K / W。

薄型环路热管的研发背景

论文研究人员表示，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可以在许多领域提供服务，包括运输，医疗保健，安全，农业和社会基础设施。由于包括智能手机，平板电脑，家用电器，OA设备，汽车和生产设备在内的许多设备越来越多地连接到通信网络，因此通信数据处理量越来越多。

随着处理数据的增长，电子设备产生的热量增加。另一方面，对更小更轻的电子设备的需求也在增加。由于小型化缩小了电路板的面积，电子设备及部件的发热密度增加。为了应对由电子部件产生的越来越多的热量和较高的发热密度，需要先进的热管理系统。

研究发现，具有高导热率的材料（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。但是，热管和蒸汽室（Vapor Chamber）技术提供的传热能力比固体导热材料好得多。

环路热管（LHP）是两相流热传输系统，可以实现长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进行了研究和开发，但尚未在消费电子产品中广泛使用。因此，5G通信系统下消费电子的高发热问题，可能为超薄型环路热管提供用武之地。

新型亚毫米薄型环路热管的结构

1、新型薄型环路热管，仅采用两片薄铜板制造，可以简化制造过程及降低成本，LHP的厚度也可以从目前的0.6mm进一步缩小；

2、两片薄铜板构造的薄型LHP中，毛细作用力是通过使用“半蚀刻”制造工艺形成的细沟槽结构而产生的。分别在两片薄铜板上通过蚀刻工艺构建平行/垂直工作流体的毛细沟槽，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的工作流体为水，这是因为水和铜材的组合在常规热管中是常见的。选择水，能够确保其在电子设备长期应用的可靠性。此外，水的表面张力大于其他工作流体的表面张力，因此增加了毛细作用力；

4、经原型研究得出，薄型LHP中有效传热的最佳工作流体填充比为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信息，请参考：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431120334992

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