关于热管散热器的 7 个最常见的误解

​概述

乐瑞在与工程团队密切合作时，我们观察到许多关于热管、热管工作原理以及如何在应用中最好地利用热管的误解。本文阐述了我们在热管利用最佳实践中遇到的关于热管的 7 个最常见的误解。

关于设计热管散热器应用的真相

随着电子产品的功能不断变得更加强大，并且需要更多的功能和更高的可靠性，过多的热量仍然是开发性能更好的下一代应用和突破性创新的重大障碍。每个行业，特别是移动、医疗、电信和物联网，都在开发新产品和系统，这些产品和系统必须轻巧、多功能，并且能够以高可靠性处理高热负荷。随着消费者要求更小、更薄、更强大的设备拥有更多的选择、功能和能力，乐瑞工程师们也努力有效地解决设备的散热问题。

热管散热器正在迅速发展，并在解决这些问题方面越来越受欢迎。热管特别适合传播热量，从而实现更快的散热、轻量化、更高的可靠性和更长的使用寿命。而且热管最显著的好处是设计的灵活性和容易集成到热系统的能力，以大大提高冷却效率和容量。

在解决方案或系统中添加热管可以极大地提高其热性能，从而实现更高效的热管理，而无需添加可能损害应用寿命、可靠性或准确性的有源组件。主动空气冷却或液体冷却可能很大或很笨重。主动空气冷却会带来声学、重量和振动等复杂问题。并非所有应用都具有支持液体冷却系统的基础设施。利用热管来扩展空气冷却系统的性能，解决声音和振动问题，并利用现有的冷却基础设施。

误解1：如果热管破裂，我的电子设备上就会沾上液体。

事实：热管很少破裂。万一发生破裂，管道中极少量的液体将完全浸湿管芯，并不会滴落或泄漏到您的电子设备上。

热管本质上是坚固的，是一种纯被动系统，没有任何会随着时间的推移而磨损的移动部件。要“破坏”制造精良的热管，你需要切开管道，或者把管道反复弯曲或折叠。

热管充满真空，以确保管道中所含的液体量始终以蒸汽形式存在，因此不会滴漏。

热管的耐用性、更高的可靠性和无泄漏特性使其成为航空航天、医疗、消费电子、高功率应用等市场的理想解决方案，这些市场需要高可靠性，传统液体解决方案的泄漏可能造成灾难性的后果。

误解2：热管很重

事实：热管减轻的重量比它们增加的重量还要多。

由于它们通常由铜（一种较重的材料）制成，因此一些人认为集成热管会增加其解决方案的重量。作为热管利用和集成方面的工厂，乐瑞工程师经常将它们与其他冷却技术结合使用，以减少整体解决方案的重量或体积。

尽管热管由铜制成，但它们是中空的，可以减轻解决方案的重量，同时以多种方式提高热性能。热管通常用于将热量传递到设备或组件中更冷、更远、更开放的区域，这些区域具有更大的气流通道和空间，可以添加风扇和轻质翅片结构，以减少冷却解决方案的整体尺寸和重量。

另一个常见的例子是用具有嵌入式热管的铝制散热器底座替换传统的铜制散热器或更大的散热器。热管的高散热效率可将热量均匀、快速地分布在整个散热器上，从而提高散热器效率、减小散热器尺寸和所需材料数量，从而降低解决方案的整体重量和成本。

误解3：热管只与末端的蒸发器和冷凝器一起工作

事实：热管沿着管道的整个长度发挥作用，并且无论其沿管道的位置如何，都会始终如一地将热量从较温暖的区域传递到较冷的区域。 热管通常被设计成热管理组件，将热量从一端热源传输到另一端，以安全有效地消散。这种用法很常见，但并不是使用热管的唯一方法。热管芯结构使它们能够在任何方向上工作，并且通常在管道内部的整个长度上工作。热量本质上是从热到冷，这对于热管来说也是如此。无论热量沿管道放置在何处，热量始终会从热源流向冷凝点，然后通过管芯流回来。这增加了设计的灵活性和热管的使用选项，从而实现更具创新性和成本效益的热管理。其中一种利用是嵌入热管来传播热量而不是传递热量。当热管嵌入散热器的底部时，热量沿着热管的整个长度而非设定区域凝结。例如，将热管集成到风冷散热器中以扩展高功率性能，从而减少冷却高功率 IGBT 时对液体系统的需求。

误解4：热管只能沿直线传播热量。如果想沿着整个底座传播热量，需要一个均热板

事实：热管可以弯曲并且使用方式类似于均热板，而且结构更完整。 当热管最初被引入并开始与其他技术集成时，它们是直线嵌入的。为了更均匀地散热，工程师使用了均热板。均热板虽然可以有效地均匀散热，但其自身也有一系列的设计挑战，可能并不适合所有应用。尽管热管仅沿其轴线传递热量，但该轴线可以弯曲或与多个热管一起使用，以有效地充当类似于均热板的平面传播机制。热管成本较低，结构完整性更高，并且可以设计成模仿均热板的功能和性能。当正确嵌入时，热管可以在均热板过于脆弱的应用中承受很大的安装力。

误解5：热管必须非常热才能工作。

事实：制造技术使热管即使在很小的温差下也能发挥作用。 由于热管依靠蒸发和冷凝来工作，因此一种常见的误解，即必须存在很大的温差或高温才能从使用热管中受益。然而，由于热管在密封之前是真空的，因此液体在其饱和点同时以液体和蒸汽形式存在。这在原理上类似于在较高海拔和较低压力下使液体在较低温度下沸腾。分子需要的热量要少得多，足以将其从液态转变为气态。因此，热源的温度不需要达到标准室温沸点就能引起液体到蒸汽的相变。事实上，热管的“热”和“冷”区域之间只需要几度的差异就可以发挥作用。这是利用热管的主要优点之一，因为它可以最大限度地降低解决方案的热阻。

误解6：热管不能在冷冻条件下使用

事实：热管可以在极其恶劣的条件下运行，如冷冻环境。热管在环境条件下的工作方式取决于材料和设计。尽管铜/水是最流行的组合；根据特殊要求，可以使用其他材料。氨、甲醇和丙酮等液体都可以与兼容的金属结合，制成可以在-60°C以下温度下工作的热管。

即使使用铜和水，该解决方案的设计也可以缓解环境条件。通过利用适当的热技术和工艺，集成热管的热解决方案可以为电信，国防和运输应用实现冷启动等设备功能。在正确的设计参数下，热管还可以承受大量的反复冻融循环而不会出现任何故障。

误解7：热管价格昂贵

事实：增加热管可以降低解决方案成本。

铜的延展性使热管能够经济地制造、可靠地密封并且易于弯曲和压制成特定的几何形状。 乐瑞拥有完善的制造工艺和热管设计技术，可生产极具成本效益的铜/水高性能热管。热管允许工程师在应用中使用铝和嵌入式热管来降低成本，还可以消除对鳍片或其他组件的需求，从而节省金钱和重量。

随着乐瑞不断创新，我们的技术不断发展，能够充分利用设计和材料，进一步提高应用性能并优化尺寸和重量。 乐瑞创新融合了新的制造工艺和先进的材料制造实践，以进一步提高成本节约、易于制造、设计灵活性和整体热性能。