5种热管散热器的比较

本文针对性能与成本这两个指标比较了5种基于热管/均温板的散热器：

性能：使用FloTHERM CFD软件包计算散热器整体的ΔT。

成本：假设批量足够大，硬模投资成本不会反映在单价中。此外，单价相对于最低成本的解决方案（1倍，1.1倍等）是相对的，因为增加批量将会降低单位成本。

散热器设计参数

热源功率：250 W

热源尺寸：30×30 mm

最大环境温度：25℃

空气流速：40 CFM

冷凝器：卡扣式鳍片尺寸为 115*85*65 mm

热管散热器设计的性能与成本对比

U型铝底座热管散热器

就热管与热源的接触界面而言，这是最传统的热管散热器设计。4个U形热管焊接到铝或铜底座上，然后再与热源接触。热量必须先穿过底座，然后才能到达热管。

除了折弯，没有对四根6mm热管进行其它二次作业，尽管本实例中热管与底座接触部位略微扁平。

铝底座热管散热器的CFD

FloTherm模型显示，散热器温度比环境温度高53.9 ℃（78.9℃ – 25 ℃ =基准最高温度–环境温度），我们将此温度作为性能基准，成本基准定义为1倍。

如果需要更高的性能，则可以用铜底座代替铝底座。铜底座导热率是铝底座的两倍，因此铜底座性能提高2.3 ℃。铜底座设计比铝底座成本增加5%，重量上也略微增加。

U型均温板散热器

这种方案，单个U形均温板取代了四根6mm热管。在设计上，它与直接接触式热管散热器最相似，这两种设计都允许热源CPU与两相部件直接接触。选择此设计的重要考虑因素是散热器供应商是否能够制造一体式均温板，因为传统的两件式设计无法弯曲成U形。

U型均温板散热器的CFD

与直接接触热管设计相比，均温板解决方案的性能提高了21.5％（11.6℃），而成本仅增加了4.55％。但是，均温板壁厚的增加导致散热器重量增加了约75克。

3D均温板散热器

这种设计，吸热底板是一个均温板，其与垂直冷凝器热管共享贯通的蒸气空道。制造阶段，将8个开口式热管钎焊到带有开孔的均温板中；均温板与热源直接接触，沿XY平面均匀分布热量，并通过垂直热管把热量散布到鳍片。

3D均温板散热器的CFD

这种设计具有最佳的性能，但成本较高。跟它最接近的竞争对手U形均温板设计相比，它的温度降低了将近2度（性能增加了4.9％），但价格却翻了一番（增加了117％）。

但应该注意的是，该案例并未完全突显3D均温板设计的潜在优势。随着所需底板尺寸的增加，该解决方案与U形均温板设计之间的性能差异也随之增加。

总结

下表显示，更改散热器材料或两相部件，可以获得相当可观的性能提升，从基准铝基散热器到3D均温板解决方案，性能提高了17 ℃，然而成本却提高了150％。

散热器性能与成本比较

通过将底座更换为导热性更强的铜材料或使热管与热源直接接触，可以获得约7%-15％的适度性能提升和成本增加（相对于基准）。

在给定应用参数的情况下，总体价值最佳的设计可能是均温板散热器。尽管它比基准价格贵15％，但性能却提高了28％（提高了15.2℃）。

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