均热板（VC）
原理：靠蒸发与冷凝扩散热量
概述
听说智能手机和GPU的散热用的是均热板。它和铜板有什么不同？
它是一个中空的扁平容器，里面装有少量水等液体。液体在发热处蒸发，蒸汽瞬间扩散到整个容器，在冷的表面冷凝放热。冷凝液靠内壁细微结构（吸液芯）的毛细力回流到发热处。因为是靠“物质移动”输送热量，面内方向的扩热速度是铜的几十倍。可以把它看作压扁的热管。
为何“扩热”有效
用大散热器导出小芯片的热量时，热量必须在散热板内横向扩散。扩散不充分时，散热器只有一部分在工作，芯片正上方温度偏高（扩散热阻）。热量完全均匀扩散的理想情况下，温升为：
分析建模
系统级热分析几乎不求解内部两相流，而是把VC替换为各向异性固体：面内等效导热系数 $k_{xy}$ 很大，厚度方向 $k_z$ 因蒸发段、冷凝段吸液芯的热阻而较小。数值根据厂商试验数据，或与相同条件下的实测温度匹配来确定。
来自太空的冷却技术
热管原理在20世纪40年代就已申请专利，60年代在美国洛斯阿拉莫斯实验室得到全面开发。最初的目的是在航天器、反应堆这类环境中，不用泵、即使没有重力也能输送热量——吸液芯的毛细力使液体回流，不依赖方向或重力。经过约半个世纪的小型化、薄型化，如今它以约0.3 mm 厚的板状形式装进了智能手机。
算例：铜板与VC的比较
计算条件
在60 mm 见方、厚3 mm 的散热板上表面中央放置50 W 热源，下表面以换热系数5000 W/(m²·K) 表示散热器（含界面材料）冷却。用有限体积法三维导热计算（60×60×6 网格）比较上表面最高温升。VC 取面内10,000 W/(m·K)、厚度方向40 W/(m·K) 的各向异性固体（说明用数值）。完全均匀扩散时温升为2.8 K。
| 散热板 | 10 mm 见方热源 | 30 mm 见方热源 |
|---|---|---|
| 铝（200 W/(m·K)） | 20.3 K | 7.2 K |
| 铜（390 W/(m·K)） | 12.7 K | 5.5 K |
| 均热板 | 5.5 K | 4.2 K |
| 理想（完全均匀） | 2.8 K | 2.8 K |
热源小时不到铜的一半，热源大时差距就小了。
大热源本来就不太需要横向扩热。VC 起作用的是“热源小、散热面大”的情况。另外，VC 厚度方向热阻比铜大，热源与散热面尺寸接近时，厚度方向的劣势可能比面内的优势更明显。是否采用，最好先用这类计算与铜板比较后再决定。
温度均匀性
同样10 mm 见方热源时，上表面最高与最低温度之差，铜板为11.4 K，VC 为2.0 K。安装多个芯片，或温度差异影响性能的光学元件、电池等场合，除最高温度外，这种均匀性也是评估项目。
设计与分析注意事项
VC的极限
- 毛细极限：吸液芯能回流的液量有上限，超过相应热量时发热处会干涸，温度骤升。等效导热系数模型无法体现这一点，需对照厂商给出的最大热量。
- 局部热流：即使总热量在允许范围内，热源面积过小、热流密度过高时，也可能局部达到沸腾极限。
- 姿态与低温：逆重力回流液体的方向会降低性能。低温时蒸气压低，工质冻结时启动需要时间。
模型的确认
- 构建与厂商数据（热阻或温度分布测量值）相同的条件，调整等效导热系数使之吻合。
- 用拟合后的数值求解实际产品工况，确认热量在最大热量范围内。
- 在样机上测量热源附近和远处的温度，确认面内扩热与分析一致。
“换了VC却没变凉”
“换了VC温度几乎没降”的咨询很常见。一查往往发现：散热器本身太小，根本没有扩热的余地；或者VC与散热器之间的界面材料很厚，那里才是最大的热阻。VC 只能减小扩散热阻，散热器到空气的热阻、界面材料的热阻都不会变。先计算热阻构成，找出最大的一项，再据此选择部件，最为可靠。
常见错误
错误与对策
| 错误 | 后果 | 对策 |
|---|---|---|
| 用各向同性大导热系数近似 | 忽略厚度方向热阻，温度估低 | 面内与厚度方向分别设置 |
| 不确认最大热量 | 干涸导致温度骤升 | 对照厂商极限 |
| 热源大却采用VC | 效果不抵成本 | 先与铜板比较计算再决定 |
| 忽视散热器一侧的热阻 | 换VC温度也不降 | 先计算热阻构成 |
我也想试试热管的原理。