点击蓝字 关注我们
在下游市场需求的有力推动下，风冷散热领域的技术革新步伐不断加快。众多企业积极投身研发，成功推出一系列高效风冷散热解决方案，显著增强了风冷散热技术在高功率应用场景中的适配性与可靠性。其中，3D 均温板（3D Vapor Chamber，简称 3D VC）作为一种备受行业认可的高效散热模式，正成为当前技术发展的焦点。
近期，业内多家 VC 生产企业纷纷加大在 3D 均温板领域的研发投入。值得关注的是，行业内处于领先地位的头部企业已率先实现 3D 均温板的规模化量产与市场供应。在此背景下，深入探究 3D 均温板的技术内涵显得尤为必要 —— 究竟该技术的定义如何界定？其内部结构设计蕴含哪些创新理念？工作原理又遵循怎样的物理机制？这些问题成为行业内外共同关注的热点话题。
在相变化导热元件范畴中，热管与均热板是我们较为熟知的类型。从结构特性分析，热管呈现出一维热传导的特征，而均热板则具备二维热传导的属性。
关于 3D VC 中的 “3D” 概念，可从以下两个维度进行解读：
一方面，热传导路径突破平面限制，呈现立体三维形态，不再局限于单一平面内的传导模式；
另一方面，热传导过程实现三个维度的同步传导，使热量能够在立体空间中多方向、多层次地快速扩散。
热管常见的几种形状及热传导路径
传统直管型热管的热传导路径呈纯粹线性特征，仅存在单一传导轨迹；而 U 型或其他异形结构的热管，其热传导路径数量会依据蒸发段与冷凝段的相对位置差异，呈现出单一路径或多个路径的不同形态。这些路径可能分布于同一平面，也可能跨越至不同平面（即不同维度）。
从严格意义上来界定，凡是热传导路径涉及不同平面的热管，均可将其归类为 3D 热管范畴。
VC常见的几种结构形式
通过观察上图可知，平板均温板（VC）呈现出典型的二维导热特性，而经过折弯处理的均温板，其传热路径已具备三维特征。第三种结构为平板均温板与直热管的组合形式，该结构的传热路径同样属于三维架构。
从 3D 均温板（3D VC）的实际应用场景来考量，除了需满足三维空间内的传热路径需求外，另一项重要应用在于应对高密度热源的快速导热难题。基于此，当前市面上最为常见的 3D 均温板结构形式，便是平板均温板（VC）与热管相结合的设计方案。
典型的3DVC+散热鳍片风冷散热器结构截面示意图
（垂直屏幕方向的传热未标出）
此类 3D 均温板（3D VC）具备一项显著特性：其均温板本体与热管的内部腔体相互连通，毛细结构亦保持贯通状态。这一设计与热管通过焊接方式固定在均温板上的结构存在本质差异。由于腔体处于连通状态，蒸气可直接进入热管内部，从而实现热量的高效输送。相较于传统的均温板（VC）与热管焊接结构，该设计的传热效率得到了显著提升。
VC和长在VC表面上的热管，内部其实是相通的
3D VC内部结构
热管、VC、3DVC对比图（图片来源于网络）
3DVC均热板仿真分析示意图（图片来源于网络）
3DVC实物图（Bing搜索）
3DVC实物图（Celsia）
均热板作为一种高效导热元件，在 3D 均温板（3D VC）技术诞生前，通常需借助热管将热量从基座（BASE，材质可为铜板、铝板或均温板）快速传导至各个散热片。然而，基座与热管之间存在接触热阻以及铜材料自身的热阻。在不依赖外部运动部件增强散热的前提下，3D VC 通过三维结构的热扩散设计，利用相变传热原理，可直接、高效地将芯片热量传递至散热齿片远端，具备 “散热效率高、温度分布均匀、热点减少” 等显著优势，能够有效应对大功率器件散热及高热流密度区域均温的技术瓶颈。
以实际应用为例，2016 年惠普工作站 CPU 功率从 95W 大幅提升至 140W（如 Intel Xeon E5-1680 v3），散热压力剧增。为此，惠普在 HP Z440 和 HP Z840 工作站中采用了交错六角翅片（Staggered HexFin）结构的 3D VC 散热器，不仅维持了机箱的轻薄设计，还显著降低了冷却风扇噪音（HP Z440 噪音降低 30%，HP Z840 降低 25%）。
当前，AI 服务器领域已成为 3D VC 应用的热门市场。随着大数据模型、ChatGPT 等 AI 应用的蓬勃发展，AI 服务器需求持续高涨。根据市场调研机构 TrendForce 预测，2022 年至 2026 年 AI 服务器出货量将以 10.8% 的复合年增长率增长，2023 年出货量预计增长 38%，达到 120 万台。AI 芯片的散热需求成为 3D VC 最大的潜在市场空间。以英伟达为例，其 AI 服务器至少配置 6 至 8 颗 GPU 芯片，除均热板外，高端型号还进一步搭载了 3D VC 散热器，以满足高功率芯片的散热需求。
3D 均温板（3D VC）的生产工艺较为复杂，且良品率偏低，这在很大程度上制约了其技术推广与市场应用。该技术的核心难点集中于两大工艺环节：一是热管与均温板壳体的连接方式，二是内部毛细结构的烧结工艺。
从当前主流工艺来看，典型的制作流程为：首先通过焊料将铜管与均温板壳体（冲压上盖）进行连接（采用气氛炉保护焊或高周波加热焊工艺），随后完成内部毛细结构的烧结工序，最后通过扩散焊接工艺将上盖组件与均温板下盖整合成型。
从Al基散热器到3D VC 散热器的性能/成本比较
(图源: Celsia)
2020 年，Celsia 公司首席执行官 George Meyer 曾指出，3D 均温板（3D VC）散热器相较于铝基散热器，性能提升了 17.1°C（提升幅度达 31.7%），但成本却增加了 150%；而传统均温板（VC）散热器的性价比表现更为突出，其成本仅比基准铝基散热器高出 15%，性能却提升了 28.2%（提升 15.2°C）。数据显示，3D VC 的成本达到传统 VC 的两倍以上，这一现象主要由两方面因素导致：一是制造工艺的复杂性较高，二是生产良率偏低。
1) Intel Federal
2023 年 5 月 9 日，美国能源部高级能源研究计划署（ARPA-E）宣布，Intel Federal 获得约 170 万美元资金支持，用于为高功率设备研发与 3D 均温板（3D VC）腔体集成的超低热阻、沉浸式冷却散热器。
英特尔将通过优化 3D VC 结构，提升其热量散发效率，以应对两相浸没式冷却技术应用中的关键挑战。该研发项目将结合创新的沸腾增强涂层技术，通过增加成核位点密度的方式，进一步降低热阻，实现更高效的散热效果。
2) MSI 开发显卡用 3D VC
在 2023 年的 Computex 展会上，MSI 展示了其 DynaVC 散热概念技术中面向显卡的 3D 均温板（3D VC）解决方案。
与传统将热管焊接在平板均温板（VC）冷凝面的设计不同，该显卡专用 3D VC 创新性地将扁平热管焊接于均温板腔体侧面，以此适配显卡散热器的扁平化设计需求。通过这种结构，热管可与更多散热鳍片直接进行热交换，从而显著提升散热器的冷却性能。
3）酷冷至尊公布V8 3DVC散热器
2024 年 1 月 5 日，酷冷至尊对外披露了旗下新款 V8 3DVC 散热器。该散热器运用了 3D VC 均热板技术，具备高达 300W 的解热功耗能力，预计将于下周举办的 CES 2024 展会上正式亮相 。
V8 3DVC 散热器以经典的 V8 系列为蓝本进行打造，融入了创新的均热板技术与超导热管技术，同时配备了两个尺寸为 120mm 的莫比乌斯风扇。通过这些技术的协同运作，使其能够有效应对高性能 CPU 产生的高热量，确保在高负载运行场景下，也能维持硬件的稳定运行状态 。
注：NTK散热尊重原创，转载文章的版权归原作者所有，如有侵权，请联系删除。
