近期，富士通實驗室有限公司（Fujitsu Laboratories Ltd）與名古屋大學機械系統工程系（Department of Mechanical System Engineering, Nagoya University）的研究人員在《Applied Thermal Engineering》期刊發表了將兩層銅板制造的亞毫米厚薄型環路熱管應用于5G智能電子設備散熱的研發成果。
Submillimeter-thick loop heat pipes fabricated using two-layer copper sheets for cooling electronic applications
薄型環路熱管（LHP）特性
日本研究人員開發的這種可應用于超薄緊湊型電子設備散熱的環路熱管（LHP），具有以下特性：
1、使用兩層銅板制造，亞毫米厚的新型環形熱管；
2、在薄銅板上形成溝槽結構以產生毛細作用力；
3、由銅纖維制成無紡布做為維持液相的吸液芯；
4、厚度為0.4 mm的細環路熱管的熱阻為0.21 K / W；
5、厚度為0.4 mm的超薄環路熱管在7.5 W熱功率時的熱阻為0.21 K / W。
薄型環路熱管的研發背景
論文研究人員表示，與LTE和4G等常規通信標準相比，5G移動通信系統支持高帶寬，低延遲的寬帶通信。5G可以在許多領域提供服務，包括運輸，醫療保健，安全，農業和社會基礎設施。由于包括智能手機，平板電腦，家用電器，OA設備，汽車和生產設備在內的許多設備越來越多地連接到通信網絡，因此通信數據處理量越來越多。
隨著處理數據的增長，電子設備產生的熱量增加。另一方面，對更小更輕的電子設備的需求也在增加。由于小型化縮小了電路板的面積，電子設備及部件的發熱密度增加。為了應對由電子部件產生的越來越多的熱量和較高的發熱密度，需要先進的熱管理系統。
研究發現，具有高導熱率的材料（例如復合金屬和石墨片）的僅限于在平面方向提供較好的散熱性能。但是，熱管和蒸汽室（Vapor Chamber）技術提供的傳熱能力比固體導熱材料好得多。
環路熱管（LHP）是兩相流熱傳輸系統，可以實現長距離熱傳輸而無需輔助動力。LHP已針對諸如CPU 等高發熱元件的應用進行了研究和開發，但尚未在消費電子產品中廣泛使用。因此，5G通信系統下消費電子的高發熱問題，可能為超薄型環路熱管提供用武之地。
新型亞毫米薄型環路熱管的結構
1、新型薄型環路熱管，僅采用兩片薄銅板制造，可以簡化制造過程及降低成本，LHP的厚度也可以從目前的0.6mm進一步縮??；
2、兩片薄銅板構造的薄型LHP中，毛細作用力是通過使用“半蝕刻”制造工藝形成的細溝槽結構而產生的。分別在兩片薄銅板上通過蝕刻工藝構建平行/垂直工作流體的毛細溝槽，并將兩個銅薄片擴散焊結合，形成正交帶槽芯的毛細吸液芯結構；
3、薄型LHP的工作流體為水，這是因為水和銅材的組合在常規熱管中是常見的。選擇水，能夠確保其在電子設備長期應用的可靠性。此外，水的表面張力大于其他工作流體的表面張力，因此增加了毛細作用力；
4、經原型研究得出，薄型LHP中有效傳熱的最佳工作流體填充比為40±2 vol％。
薄型LHP中通過蝕刻并擴散結合的正交帶槽芯
兩層銅板構建的薄型LHP流路布局以及Type-A原型的毛細細槽結構
關于此項研究工作的更多信息，請參考：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431120334992
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