超薄热管均热板为空间受限的应用提供了绝佳的选择，这些应用需要将热量转移到远程位置或快速传播到更大的散热器表面积。但是，机械工程师应该注意选择这些设备所带来的让步。

在这篇文章中中，我们将分解热管或均热板的设计变量，讨论每个部件的用途，并研究使每个元件更薄的含义：外壳壁厚、灯芯厚度、灯芯类型、蒸汽空间和内部支撑结构。然后，我们将研究如何更改每个组件以实现更薄的设备以及每次更改对性能的影响。在这里，我们将使用以下定义：

薄型两相装置

热管厚度低至 1.1mm

蒸汽室厚度低至 1.55 毫米

超薄两相器件

厚度低至0.6m的热管

蒸汽室厚度低至 1.3 毫米，一些实验设计达到 0.2 毫米

标准和薄热管蒸汽室部件

在处理薄型热管均热板之前，让我们仔细看看标准两相设备的设计变量和关键指标。如果您对本节感到满意，请跳过。

外壳壁厚

无论是由铜（最常见的）、不锈钢、钛还是铝制成，热管的外壳壁都为其提供了在 20-60 psi 对热源的标称夹持力期间保持结构完整性所需的大部分强度。标准烧结芯铜热管的壁厚在 0.1-0.3mm 之间，而均热板的壁厚在 0.3-0.5mm 之间。较厚的壁以及内部支撑结构允许蒸汽室在更高的情况下保持结构完整性；纵横比。

内部支撑结构（仅蒸汽室）

对于烧结热管，宽高比很少超过 3:1，但对于蒸汽室，我们经常生产比例为 10:1 的零件。最大的优点是热量在大表面积上向各个方向传播。缺点是其抵抗夹紧力或意外碰撞的结构刚度降低。为了解决这个问题，增加了较厚的墙壁和内部支撑结构，通常采用垂直柱的形式，以跨越内部围墙的上下分隔。虽然支撑结构旨在限制蒸汽空间的减少，但它们通常会导致许多应用的 Qmax 略有降低。

蒸气空间

薄热管均热板外壳内的空白空间允许汽化液体移动到压力较低的区域 - 并且真正赋予了两相设备以非常低的热阻移动高功率密度的潜力。圆形热管，尤其是那些直径超过 5mm 的热管，有足够的多余蒸汽空间，稍微压扁它们对 Qmax 没有影响。然而，在某个平坦点之后，Qmax 将开始下降。

灯芯厚度和类型

热管芯的厚度、结构和类型都在帮助将冷凝液体从散热器区域移动到热源区域以使两相循环得以继续方面发挥着关键作用。如果设备需要逆重力运行（散热器上方的热源），您必须有一个灯芯。最常见、最有效和最厚的是烧结灯芯，在所有类别中紧随其后的是成束纤维、网状和开槽/蚀刻灯芯。随着热管芯厚度的增加，在许多情况下，蒸汽空间的数量会减少，从而导致热性能降低。

薄热管蒸汽室

当需要在各种功率密度和方向上的热管均热板性能和平整度时，可能需要烧结灯芯。烧结芯的典型配置包括，a) 一直连接在薄热管的内壁周围，b) 连接到薄蒸汽室的上板和下板。这种配置将最冷凝的液体循环回蒸发器，这是针对重力和/或具有更高功率密度热源的操作特别重要的考虑因素。

压扁前烧结的灯芯热管和均热板

完全烧结的热管和蒸汽室去扁平化

全烧结薄热管和均热板的性能和尺寸数据

如上表所示，如果设备在逆重力运行时需要全覆盖芯以确保最有效的流体回流，则薄热管和均热板的厚度范围从 1.5 毫米到接近 2.0 毫米。

如果功率密度、顶级 Qmax 性能和抗重力工作不太受关注，则可以通过仅在设备的蒸发器侧应用烧结灯芯来制造更薄的设备，同时保持相同的蒸汽空间。

如上表所示，如果设备在逆重力运行时需要全覆盖芯以确保最有效的流体回流，则薄热管和均热板的厚度范围从 1.5 毫米到接近 2.0 毫米。

如果功率密度、顶级 Qmax 性能和抗重力工作不太受关注，则可以通过仅在设备的蒸发器侧应用烧结灯芯来制造更薄的设备，同时保持相同的蒸汽空间。对于薄热管，这意味着在略小于内壁一半（压扁之前）上的烧结灯芯，对于薄蒸汽室，这意味着只有与蒸发器接触的下板将具有灯芯结构。见下图。

用于减薄的部分烧结热管

通过移除薄热管或蒸汽室顶部的烧结芯，我们能够在保持蒸汽空间的同时将整体设备厚度减少 0.4 毫米。在这些情况下，Qmax 几乎减少了一半，因为即使在水平方向运行时设备也无法将液体返回到蒸发器。减少灯芯材料量时的一个重要考虑因素是 Qmax 会下降得非常快，因为设备需要更加努力地抵抗重力。

超薄热管蒸汽室

进一步改变灯芯结构和壁厚是制造超薄热管和均热板的唯一途径。虽然烧结灯芯允许更高的功率密度（100 瓦/平方厘米）和抵抗重力的能力，但某些应用可能不需要这些性能水平。让我们看看替代灯芯：捆绑的纤维和网眼。

用于超薄热管和蒸汽室的铜网 (L) 和铜纤维束

直径小于铜管内径的圆柱形纤维束通常用于超薄热管。当管子和管束被压扁时，沿着热管的边缘形成蒸汽袋，而顶部、底部和中间包含灯芯。与网状纤维相比，成束纤维的一个明显优势是前者允许弯曲超薄热管。

网格通常更适合蒸汽室，它们通常不弯曲，因为它允许更大的设计灵活性。超薄网筛有多种编织方式可供选择，并且可以根据应用单独或组合使用。此外，如果设备使用重力（冷凝器上方的蒸发器）或水平操作，则网孔可以允许更高的 Qmax 值。

正如我们从下表中看到的那样，我们看到超薄热管低至 0.6 毫米，蒸汽室达到 1.3 毫米。

对于希望使用超薄热管或蒸汽室变体的工程师来说，潜在的担忧是该设备无法将液体带回蒸发器，超过 5 度左右的不利斜率，即热源位于散热器上方。对于热管情况下小于 0.6 毫米和蒸汽室情况下小于 1.3 毫米的两相装置，必须对灯芯结构和壁厚做出进一步的折衷。

超薄热管和均热板的选择导致高强度材料，如钛或非常低强度的复合材料，如聚酯薄膜/金属箔复合材料（下图）。这两种技术已经存在了几十年，但最近在低功耗消费设备中传播热点的需求导致了这些超薄、低容量设备的采用。

0.2mm超薄蒸气室