薄型熱管與均熱板之發展趨勢及近況：材料世界網

近年來行動裝置市場競爭激烈，廠商推出產品時皆會不斷提升並強調其性能，以作為銷售之手段；再則，這些裝置不斷地薄型化與輕量化，使得市場上已出現厚度僅約5 mm之智慧型手機。我們知道電子產品於運作時不可避免地會產生廢熱，行動裝置也不例外，因此目前許多行動裝置內部已使用銅箔或石墨薄片做為分散熱源並兼做電磁遮蔽屏障之用途，如圖一之HTC New One智慧型手機，透過其拆解圖可發現內部結構採用了許多銅箔做為熱擴散之用途。若銅箔或石墨薄片足以解決行動裝置散熱問題，則是最佳的結局，但是以目前情況觀察，銅箔或石墨片顯然是不夠的，因為目前多為高階之行動裝置，在全負載時，還需要額外透過動態調整電壓與頻率技術(Dynamic Voltage Frequency Scaling)控制其溫度不至於過熱。

熱管與均熱板薄型化需求
熱管類產品（包含均熱板）藉由內部工作流體液汽相變化及流動傳熱，其熱傳導與擴散能力優於目前已知相同尺寸的所有材料。若能將熱管類產品導入行動裝置產品中，利用其均溫之特性使高發熱晶片產生之廢熱快速由熱管方向擴散，將可使系統運作更為穩定。但電子散熱模組常使用之熱管直徑大多為 6 mm或8 mm，此直徑甚至比行動裝置還厚，另外傳統之均熱板厚度亦超過 2~3 mm，因此無法直接使用於行動裝置上，必須透過薄型化之工藝，才有機會導入空間有限之行動裝置中。有鑑於行動裝置之散熱需求，近年來有許多熱管廠商不斷投入資金開發薄型化之熱管或均熱板產品，做為未來產業轉型發展方向，甚至發表了厚度小於1 mm之超薄型熱管或均熱板。

薄型化熱管
熱管類產品薄型化之製作工藝與設計相對上會困難許多，其會面臨的挑戰如下：
(1)由於薄型化熱管與傳統熱管最大的不同處在於內部的截面積變小，在毛細結構不變的狀態下，壓扁程序雖對液體流通截面積變化影響不大，但當熱管壓得越薄時，蒸汽空間將會變的越小，也就是蒸汽通道半徑變小，因此相較於傳統熱管，蒸氣壓損就需要額外考量。如圖三所示，可發現熱管的扁平度對性能影響非常顯著，當薄型熱管由2 mm厚度降低至0.8 mm時，其有效長度乘最大熱傳量可減少七倍之多。

圖三、薄型熱管厚度對有效長度乘最大熱傳量之影響

薄型化均熱板
熱管與均熱板運作原理大同小異，因此其設計原則幾乎是一樣的。不過，相較於薄型化熱管寬度有限，僅能於一維長度方向上改變之狀況。薄型化均熱板的優勢則是其面積可依需求而改變，因此設計上之變化度非常高，可視為二維方向之均溫體。工研院以微機電製程開發矽基薄型化均熱板，如圖六所示，利用矽晶圓為基板蝕刻出微米級毛細結構，由於微機電製程較傳統機械加工精密度更高，加上矽晶圓可以與透明之玻璃結合，製作成均熱板時可利用高速攝影機觀察，有助於釐清薄型化均熱板內工作流體之運作狀態，並可針對蒸發、隔熱、冷凝區之毛細結構做優化調整，設計最佳化微結構，使毛細力大幅增加，提升微均熱板性能。此類微均熱板之膨脹係數及電路製程相容性皆優於傳統金屬均熱板，較易整合至晶圓級封裝製程內，可避免發熱晶片與散熱元件間產生接觸熱阻，直接解決熱點問題。

薄型化均熱板開發若厚度降至約1 mm，其外殼厚度將低於 0.2 mm甚至更薄，因此，除了硬度與脆度特別高之材料作為外殼外，薄型化熱管將具有可撓曲之特性，Wu之團隊以……以上內容為重點摘錄，如欲詳全文請見原文。

圖七、PET軟性高分子薄型均熱板