均熱板的研究現狀及應用前景

郝 劍，朱崧，吳勝，薛亞輝，2

（1.江西銅業技術研究院有限公司，江西 南昌 330096；2.南方科技大學力學航空航天工程系，廣東 深圳 518055）

電子工業的進步，使電子產品朝著小體積、高集成度方向發展，導致電子元器件的功耗越來越高，如軍事和航空航天的帶隙放大器耗散預估超過1000 W/cm2［1-2］。普通的散熱器已無法滿足高熱流密度散熱的需求，毛細管驅動的兩項散熱器，如熱管、平板熱管和均熱板已被證明是兩項冷卻裝置中最有效的被動冷卻裝置，具有導熱能力強、均溫效果好、結構適應性強等優點［3-5］，均熱板因具有更高的散熱性能，成為國內外諸多學者的研究熱點。

本文調研了現有文獻，總結了均熱板最新研究進展，介紹了均熱板的優勢、原理及結構，以及均熱板建模仿真模擬的現狀，并給出團隊的模擬仿真結果，分析了均熱板性能評估方法及影響因素，最后對均熱板的應用前景進行了科學展望。

1 均熱板簡介

1.1 均熱板優勢

目前，電子器件使用的散熱方式主要包括石墨散熱、石墨烯散熱、導熱凝膠散熱、熱管散熱、均熱板散熱等，如表1 所示。其中，石墨散熱、石墨烯散熱和導熱凝膠散熱屬于以散熱材料散熱，散熱效果有限，主要應用于小型電子產品；熱管和均熱板屬于以散熱器件散熱，散熱效率高，主要應用在中大型電子設備中。雖然熱管和均熱板都是利用相變實現散熱，包括傳導、蒸發、對流、冷凝四個主要步驟，但兩者的熱傳導方式不同，熱管是一維傳熱［6-8］，而均熱板是二維傳熱，其與散熱介質的接觸面積更大，散熱更均勻，更能夠適應5G 時代微型化電子設備等領域應用的需求［9-10］。相關研究表明，均熱板散熱器的性能比熱管高20%～30%［11］，可進一步提升導熱效率。

表1 各類散熱方式對比Table 1 Comparison of various heat dissipation modes

1.2 均熱板原理及結構

均熱板由密封的管殼、多孔吸液芯和工質三部分構成。液態工質在蒸發端吸熱蒸發，然后以氣態的形式在空腔內輸運到冷凝端，并放熱冷凝，冷凝的液態工質在毛細力的驅動下，經過多孔吸液芯被重新輸運到蒸發端。如此循環，均熱板便可在沒有外部動力驅動的情況下獨立運行，從而完成熱量的高效傳導。均熱板按傳熱方向可分為兩種，兩種均熱板分別沿著厚度和長度方向傳熱，如圖1 所示。前者可以通過大面積冷凝帶走更多熱量；后者可以傳遞較遠距離并且保持優異的均溫性能［12］。均熱板按照不同厚度主要分為標準均熱板（≥2 mm）、超薄均熱板（＜2 mm）和極端超薄均熱板（≤0.6 mm）。

圖1 均熱板的基本構造和原理（a）沿著厚度方向；（b）沿著長度方向Fig.1 Basic structure and principle of vapor chamber［12］（a）Along the thickness direction；（b）Along the length direction

要實現均熱板氣液循環運行，毛細管最大壓力須大于均熱板的總壓力［見式（1）］。

式中，ΔPl是工質從冷凝端返回到蒸發端的壓降，ΔPυ是從蒸發端到冷凝端的壓降，ΔPg是因重力引起的壓降。最大毛細壓力ΔPc，max可以通過式（2）評估［13-14］。

式中，σ是液體表面張力系數，θ是液態工質與固體壁面之間的接觸角，Dp是吸液芯的有效孔隙直徑。

ΔPl可表示為式（3）：

式中，K是均熱板的等效傳熱長度，μ是液體的動力黏度系數，Vs是液體表面速度，Δx是冷凝端和蒸發端之間的距離。

ΔPg可以通過式（4）計算：

式中，ρl是液體密度，g是重力加速度，l是均熱板厚度，Φ為均熱板與水平線的夾角。Φ＞0，表示均熱板蒸發端低于冷凝端，重力的作用有助于液態工質的回流；Φ＜0，表示均熱板蒸發端高于冷凝端，重力的作用阻礙了工質從冷凝端回流至蒸發端。

2 均熱板仿真模擬

過去的二十多年里，諸多學者對均熱板的理論進行建模仿真分析和數值仿真模擬研究，研究了工質材料、工質充液比、吸液芯的結構設計、均熱板的使用傾角等因素對傳熱性能的影響［15-16］。

目前，常用的模擬仿真分析軟件為Fluent［17］、Flotherm［18］及Comsol Multiphysics［19］等。通過軟件建模評估均熱板傳熱性能，很難精確求解復雜的吸液性能。因此，為簡化均熱板內部的相變傳輸過程，一般將均熱板的結構及傳輸過程近似為二維模型，并將吸液芯結構通過多孔毛細結構表征，該方法過程簡單，具有普適性，但存在一定的誤差。如Comsol Multiphysics 軟件，通過使用軟件中的蠕動流接口，利用后處理工具可提取均熱板的孔隙率，使用達西定律便可計算滲透率，實現吸液芯吸液性能的評估。通過利用Brinkman 方程界面求解多孔吸液芯的工質流體流動問題，利用層流界面求解蒸汽腔內的層流問題，利用多孔介質傳熱界面求解所有形狀、管壁、吸液芯和蒸汽腔的傳熱問題，便可實現對均熱板傳熱性能的評估。

本文通過模擬仿真設計了一款均熱板，具體結構如圖2所示，圖中a=60 mm，b=0.1 mm，c=1.4 mm，d=1.4 mm，e=3 mm。輸入熱源功率5 W，熱沉選擇水冷，傳熱系數為2600W/（m2·K）。均熱板殼體為銅，上層材料設置為水蒸氣，下層材料設置為多孔材料。其中，固體材料為銅，工質材料為去離子水，模擬的均熱板溫度分布結果如圖3所示。由圖3可知，加熱端和冷卻端的最大溫差約為2.5 ℃，根據熱阻計算公式（5），可計算出熱阻為0.5 ℃/W。

圖2 均熱板結構圖Fig.2 Structure of vapor chamber

圖3 均熱板的溫度分布Fig.3 Temperature distribution of vapor chamber

式中，R為熱阻，Q為傳熱功率，ΔT為溫差。

通過數值計算模擬建模的方法相對復雜，專業性強，不具有普適性。李維平等［20-21］建立了直流式液冷板對流換熱與均熱板相變傳熱的三維數值模型，采用Volume of fluid（VOF）［22］多相流模型和蒸發冷凝模型，模擬了相變工質在均熱板蒸汽腔中輸運與傳熱的過程，并和實驗結果進行了比對和驗證，實現了很好的匹配性。趙豪［23］通過構建復合型溝槽吸液芯均熱板傳熱數值分析模型，采用非耦合式的求解方法，分別建立固體壁面區、吸液芯區和蒸汽區的數值模型，分析和揭示其內部工作機理，以此為基礎建立均熱板的優化設計方法。李聰［24］基于流體相變熱質傳遞理論，建立了超薄均熱板的熱阻網絡理論研究，分析了不同熱負荷下均熱板蒸汽腔厚度變化對工質在蒸汽腔和吸液芯中的流動傳熱特性，以及熱阻網絡模型中包括導熱熱阻和氣液界面對相變傳熱熱阻等的影響。研究結果顯示，當蒸汽腔厚度極小時（0.3 mm）［25］，由于尺寸效應會阻礙蒸汽流動，導致總熱阻劇烈升高。因此，極端厚度下超薄均熱板的氣液運行的實現，需要綜合考慮吸液芯結構，強化毛細性能與氣液排布設計，優化蒸汽腔空間。

綜上所述，雖然軟件仿真模擬和數值計算模擬的方法目前已經取得了顯著進展，但建模過程相對復雜，且做了很多的近似擬合與簡化。因此，未來仍需要進一步研究以更好地理解均熱板的物理現象，更準確地控制建模、模擬工藝所帶來的誤差，進而更好地給出均熱板的熱傳遞信息。

3 均熱板工藝

3.1 殼體

殼體材料的選擇取決于以下幾個因素，兼容性（與工作介質和外部環境）、強度重量比、導熱系數、孔隙率、工藝及加工性能等。銅、鋁、不銹鋼、鈦合金等金屬是最常見的外殼材料，其中銅材料由于具有良好的延展性、相對更強的導熱能力等，被廣泛用于工業電子設備散熱。銅在0～200 ℃之間的蒸汽腔熱阻較低，故主要用于地面設備散熱［26-27］；鋁由于重量優勢，在空間應用中成為首選［28-29］。近年來，隨著柔性電子器件的高速發展，對柔性均熱板的需求進一步加大。目前，聚合物逐漸成為柔性超薄均熱板殼體材料的研究熱點［30］。

3.2 吸液芯

傳統的均熱板吸液芯結構包括微溝槽型［31］、粉末燒結型［32-33］、泡沫金屬型［34］、絲網燒結型［35］和復合結構型［36］等，圖4 展示了這5 種不同的吸液芯結構。這些結構形式由于自身缺陷，限制了均熱板傳熱性能的優化和提升。比如燒結吸液芯的孔隙率偏低，影響液體輸運能力；銅網吸液芯的導熱性較差；槽道結構的毛細抽吸能力有限；泡沫金屬吸液芯孔隙大且分布不均勻，力學性能較低；復合結構吸液芯結合了多種吸液芯結構的優勢，可實現較好的毛細性能，但工藝復雜，吸液芯空間有限，限制了吸液芯在極限超薄化均熱板中的應用和發展。為滿足微電子器件高熱流密度在極小空間內的散熱需求，Dudukovic 等［37］提出了等桁架結構的吸液芯（圖5），這種吸液芯可通過3D 打印的方法制備，經過仿真和模擬，證明這種結構吸液芯具有較好的吸液能力。3D 打印技術過程簡單，精度較高（目前已知最高精度可達2 μm），隨著技術的成熟，越來越多的學者提出采用該方法制備復雜及微納尺度的吸液芯。陳威等［38］提出采用3D 打印的方法實現石墨烯均熱板吸液芯的打印。梁加淼等［39］提出采用3D 打印的方法實現仿生分級多孔吸液芯打印。劉成忠等［40-41］通過3D 打印的方式實現了金屬吸液芯的微尺度制備?？偨Y發現，目前3D打印的方法具有如下特點：

圖4 不同種類吸液芯結構圖（a）微溝槽型；（b）粉末燒結型；（c）泡沫金屬型；（d）絲網燒結型；（e）復合結構型Fig.4 Different wick structures［12］（a）Microgroove wick；（b）Powder wick；（c）Foam metal wick；（d）Mesh wick；（e）Composite wick

圖5 新型吸液芯結構Fig.5 New wick structure ［37］

1）吸液芯采用的材料主要為石墨烯和不銹鋼，主要原因在于銅材料對3D 打印使用的激光具有一定的反射性，導致打印精度較差；

2）3D 打印吸液芯均是直接打印至均熱板的上板殼或下板殼，這樣可保證吸液芯有良好的散熱效果。

綜上所述，本團隊提出一種適用于以銅為表面材料的吸液芯制備工藝。先通過3D 打印的方法打印出樹脂吸液芯結構，然后采用電化學沉積技術實現表面鍍銅。試驗證明，這種工藝可制備出性能較好的銅吸液芯。

3.3 工質材料

目前吸液芯常用的工質材料主要有水、甲醇、乙醇、甲烷烴、正戊烷、HFE7100、丙二醇和再生試劑141b 等［42］（見表2）。由于工質材料與吸液材料不相容，發生化學反應或物理變化時，內部會生成不凝性氣體，當不凝性氣體開始在均熱板中積聚，尤其是在冷凝器部分積聚，均熱板會逐漸被堵塞，使工質熱物性降低，導致殼體材料被腐蝕溶解，進而使均熱板性能下降，甚至會導致均熱板失效。Shukla 等［43］研究了常用材料的相容性，如表3所示。

表2 吸液芯的工質流體和溫度范圍Table 2 Working fluids and temperature ranges of vapor chambers

表3 材料與工質流體的相容性Table 3 Materials compatibility relative to working fluid

3.4 均熱板相關工藝

標準均熱板和大部分超薄均熱板的封裝、注入工質、除氣、抽真空、性能測試等工藝均相對成熟，其中注入工質、除氣、抽真空、性能測試等過程均有相應的設備，而封裝工藝目前主要采用的是擴散焊［44］、釬焊［45］和激光焊3種方式。但對于超薄化、柔性化的均熱板，封裝過程中極易出現塌陷、破裂等問題，雖然有研究認為可通過優化工藝、材料等方法提高封裝的可靠性，只是這些方法尚處于探索階段，還未形成完整、可靠的全流程工藝。

標準均熱板的殼板與支撐柱制造目前主要采用機械加工的方式［46］，但隨著均熱板厚度的逐漸縮小，該方法難以滿足加工精度。目前超薄均熱板殼板以及支撐柱制造主要采用化學刻蝕技術［47］，該技術應用于尺寸較大的均熱板制造，還需進一步研究與探索。

4 均熱板性能

4.1 性能評價

4.1.1 吸液性能

吸液芯的吸液能力主要由滲透率K和毛細壓力ΔPcap決定，兩者關系如式（6）所示：

式中，μ1為工質的動力黏度，ε為孔隙率，W為毛細系數可以通過測量和計算得到。不同吸液芯結構的滲透率K和孔隙率是不同的，滲透率和孔隙率的測試可采用Porolux200 毛細流孔隙儀等成熟的儀器直接測試，或可自行搭建測試平臺，或可通過直接計算法，如絲網芯、滲透率K和孔隙率ε可按式（7）計算。

式中，ε=1 -或ε=1 -，N為網目數，d為絲網直徑，s為絲網間距。其他類型吸液芯，如燒結粉末芯、槽道覆蓋網芯、環道芯、平行圓管芯，同樣可采用經驗公式計算。

均熱板能夠傳遞的熱量Q與吸液芯能夠運輸的工質流體質量流量相關，Q可表示為式（8）：

式中，ρ為工質密度，u為工質體積流量，H為工質相變汽化潛熱。其中u可表示為式（9）：

式中，w為吸液寬度，v為流體上升平均速度，ε為吸液芯孔隙率，δ為吸液芯厚度，其中v可通過單位時間t內的上升高度h表示為式（10）：

因此，可通過實驗測試法測試上升高度來判斷比對吸液芯的性能，進而選擇吸液性能優的結構進行打樣封裝。目前測試方法一般可概括為3種，分別為稱重法［48］、光學測量法［49］和紅外測量法［50］。稱重法無法獲取彎月面的數據，因此誤差較大。光學測量法不適用于顏色較深的吸液芯結構。目前行業內普遍應用的是紅外測量法，該測量法可以準確捕捉流體的上升界面，其測試原理如圖6所示［51］。

圖6 毛細上升紅外測試原理圖Fig.6 Schematic diagram of capillary rise infrared test［51］

4.1.2 傳熱性能

均熱板傳熱性能測試平臺的測試原理如圖7所示，傳熱性能指標［52］可通過熱阻、均溫性極限功率和等效熱導率來評價，其中熱阻表達式如式（5）所示。

圖7 傳熱性能測試原理圖Fig.7 Schematic diagram of heat transfer performance test［12］

均溫性的表達式見式（11）：

式中，β為均溫性，n為測試溫度點的數量，Ta為熱源的平均溫度，Ti為測試第i個點的溫度。

等效熱導率的表達式見式（12）：

式中，keff為等效熱導率，leff為等效長度，le，lc，la分別為超薄均熱板蒸發段、冷凝端和絕熱端的長度，Ac為超薄均熱板的橫截面積，R為熱阻。

極限功率的推導和表達相對復雜，通常通過實驗現象判斷。在實驗時，連續升高加熱功率的過程中，會出現熱阻突然增大的現象，對應的功率為極限功率，或者通過增加熱輸入功率時，超薄均熱板不能達到穩態或者各測試點最大溫差大于10 ℃，則判斷此時功率為此工作狀態下的極限功率。

4.1.3 可靠性性能

目前，對均熱板壽命及可靠性尚無完善的評估方法，行業內主要基于熱管經驗，采用加速應力老化實驗，來評價均熱板的可靠性。Thermacore 公司［53］提出對200根熱管進行可靠性試驗，累計測試時間已達125000 h（14 a）之久。Hsu 等［54］提出通過可靠性沖擊和振動試驗，模擬所有可能的使用和運輸環境，評估產品的性能和完整性，以驗證設計或制造過程中的任何潛在問題。Soule 等［55］研究了熱管在大功率應用中的可靠性。Roger 等［56-57］給出了熱管的壽命評估方法。綜上所述，結合熱管的研究成果及行業內的實踐經驗，總結出均熱板可靠性評估的方法。

首先，根據均熱板的使用條件，可選擇溫度、振動、濕度等加速條件，通過傳熱性能測試設備測試均熱板的熱阻，直至熱阻值出現拐點，即認為該條件為均熱板的極限使用條件，設此時的極限溫度為T［58］。其次，選擇老化實驗條件。為了保證快速實現對均熱板壽命及可靠性預估，最大的應力選擇為T1，另一個相對較小的應力為T2。

進行應力加速老化實驗時，壽命預估采用Tower和Kaufman定義的模型，見式（13）。

式中，tt是均熱板的加速壽命，i是測試到第i 個小時，D是均熱板的高溫老化的時間，Δt是測試的時間，Q是熱負載的功率，km是熱導率，T0是測試的平均工作溫度，通過式（13），共獲取n個均熱板的加速壽命。

加速條件下壽命預估，可采用Bayes 估計、威布爾分布、正態分布等，評估選擇最優模型，進而計算失效概率為F時，兩個應力條件下對應的加速壽命分別為η1和η2。

激活能因子的計算主要基于式（14）：

式中，K為壽命的倒數，A為常數，R為玻爾茲曼常數，T為工作溫度，Eact為激活能。兩個工作溫度則如式（15）：

則可如式（16）計算激活能：

所述的常溫或使用條件下（T0）的壽命預估，通過推導阿倫紐斯方程，可得式（17）：

則可靠度可表示為式（18）：

4.2 性能影響因素

影響均熱板性能的因素主要有使用方向、熱源、熱沉、厚度、吸液芯、充液比等。

1）均熱板使用方向的影響：在實際應用中均熱板可以水平方向使用，也可以垂直方向使用，但使用方向對其性能具有較大的影響。Ma 等［59］分別在0～50°（間隔10°）傾角范圍內對均熱板熱阻的變化進行了研究，隨著傾角的變化，總熱導率變化不大，最大熱阻為0.5 K/W。Tsai 等［60］通過實驗發現，熱阻隨著輸入熱量的增加而減小，在垂直方向90°測試時，出現最大熱阻0.893 ℃/W。由于重力對冷凝端和蒸發端之間工質流動的顯著影響，均熱板熱阻隨傾角的增加而增加。因此，最好在有利的方位對均熱板進行實際使用，以利于發揮其最佳性能。

2）熱源的影響：熱源在均熱板上的布置方式對均熱板的整體散熱性能影響較大。在不同應用場景中，均熱板可能存在多個不同類型的散熱點（均勻和非均勻發熱）或散熱模塊，因此，很多研究學者通過大量的實驗，并模擬實際使用情況，以探究熱源均勻和非均勻分布對均熱板傳熱性能影響的規律。Huang 等［61］針對均熱板在LED（發光二極管）領域的應用情況，進行了實驗研究，結果表明，均熱板在30 W 的輸入功率下，其散熱效果優于銅板和鋁板材料，熱阻至少降低34%。Naphon等［62］對計算器處理單元的熱性能進行了實驗研究，結果表明，高熱負載的熱阻高于低運行熱負荷條件下的熱阻。除此之外，有研究表明，蒸發端的高熱量會導致出現吸收和沸騰極限，進而導致在啟動過程中，低溫度和高熱量輸入時產生爆炸或沸騰。可見，熱源和蒸發端的溫度共同影響均熱板的性能。

3）熱沉的影響：在均熱板應用過程中，可通過增加熱傳遞面積實現散熱性能的提升，該方法是將熱沉與外部冷卻系統相連，通過熱沉將熱量均勻地傳遞到基板上以防止局部熱量過高，從而達到提高散熱性能的效果。此方法可通過改變風冷和水冷冷凝器熱沉的寬度、高度、數量等幾何參數來改善均熱板整體性能［63-64］。

4）吸液芯的影響：吸液芯的幾何形狀、結構決定了孔隙率、孔隙大小、滲透率、比表面積、熱導率及表面潤濕性［65-67］。優化吸液芯結構，改善滲透率、毛細壓力，提升吸液芯的吸液能力，進而可提高均熱板的性能。吸液芯的主要制作方法包括燒結法、切削加工法、刻蝕法以及微納尺度加工法等。燒結工藝主要用于制備粉末、泡沫金屬和絲網等多孔結構吸液芯［68］。切削加工常用于微溝槽吸液芯的加工［69］?？涛g法可加工小尺寸結構吸液芯［70］。而微納尺度加工技術，包括電沉積、3D 打印等技術，能夠加工精密微小尺度結構吸液芯，可改善吸液芯表面潤濕性，強化毛細性能［71］。

5）均熱板厚度的影響：厚度會影響蒸汽流阻力和均熱板的熱性能。Huang 等［72］研究了5個不同的均熱板厚度（0.4，0.6，0.8，1.0 和1.2 mm）對熱阻的影響，結果顯示，厚度愈厚，熱阻愈小。相對薄的均熱板會導致更高的表面溫度和更高的熱阻，較小的均熱板亦會導致更高的流動阻力，從而導致更高的熱阻。因此，對極限超薄均熱板的研制提出了更高的要求。

6）工質充液比的影響：充液比［73-75］是工質流體占系統內部總體積的百分比。在0%充液比模式下，不存在工質流體，均熱板表現為純導電模式；在100%充液比模式下，均熱板系統表現為單相熱虹吸管。充液比過小容易出現燒干現象，充液比過高則會導致腔室內部氣相空間減小，使得氣泡脫離受阻、蒸汽流動減弱。具體的充液比需通過實驗優化研究。

燒干極限和臨界熱通量是定義安全操作均熱板的上限條件［76］。除此因素外，對于不同的應用場合、應用環境，選擇合適的工質、材料、操作溫度亦能有效提升均熱板的性能。

5 均熱板應用前景

均熱板的應用可以根據不同的應用環境分為兩大類，分別為地面環境應用和航空航天環境應用，前者處于重力環境，后者處于零重力、微重力或超重力環境。

地面環境下的應用主要包括以下幾方面，如圖8所示：

圖8 均熱板的應用場景（a）5G基站BBU；（b）手機；（c）LED；（d）新能源汽車；（e）激光器；（f）光伏Fig.8 Application scenario of vapor chamber［12，77］（a）BBU of 5G base station；（b）Mobile phone；（c）LED；（d）New energy vehicles；（e）Lasers；（f）Photovoltaics

1）5G 基站：均熱板主要用于5G 基站BBU（室內基帶處理單元）、AAU（有源天線單元）的單點及殼體散熱。目前對AAU 散熱需求激增，半固態壓鑄件+均熱板（面向大尺寸、大功率）散熱方案有望成為主流。BBU 散熱主要分三部分：BBU 正面散熱、背面散熱和BBU內部芯片散熱，其中背面和芯片散熱主要為熱管/均熱板，如圖8（a）所示。隨著5G 基站對均熱板性能要求逐漸提高，需要開發更高散熱性能的均熱板，以適用于宏基站、小基站等高密度的散熱需求。

2）手機、電腦等電子產品：手機、筆記本電腦等電子產品性能的多樣化、高性能化，導致整機能耗越來越高，近年來國內廠商所發布的智能手機和筆記本產品中大部分都采用了均熱板散熱方案，如圖8（b）所示。在5G 智能手機、平板電腦朝著高功率、輕薄化、高性能方向不斷發展的背景下，均熱板的超薄型、高品質、高端化，將成為未來主流發展趨勢。

3）高功率LED 領域：隨著LED 芯片功耗的增加和大功率LED 燈結構（輕小易安裝）的變化，傳統散熱已難以滿足這類燈具的散熱需求。均熱板作為解決LED 光源散熱問題的新型方式［圖8（c）］，憑借獨特的散熱優勢，逐步成為大功率LED 時代的主力需求和行業風口。目前，在汽車大燈領域已實現市場應用，其中包括奔馳、寶馬車系以及邁斯照明等公司。均熱板在LED 工礦燈、投光燈等領域的應用亦有諸多學者在進行研究，但尚未實現大批量應用。隨著均熱板在LED 中低端領域應用需求的增加，如何降低均熱板的應用成本將成為一個重要研究方向。

4）新能源汽車熱管理：新能源汽車行業發展迅猛，作為汽車的動力來源——動力電池，其熱管理是關鍵技術之一，一般通過在冷卻器和動力電池換熱界面使用均熱板來實現。均熱板均勻高效的熱傳導性能可以有效降低電池熱量，提高電池穩定性和可靠性，如圖8（d）所示。目前尚未實現廣泛的實際應用。

5）大功率激光器：大功率激光器的電光轉換效率大多在40%～60%，有近一半的能量會通過熱的形式傳導出去。與此同時，激光器在工作過程中產生的熱量，還會導致半導體激光器出現輸出功率降低、電光轉換效率降低、閾值電流增加等影響激光器正常工作的情況。均熱板可使半導體激光器熱沉上的高熱流密度快速均勻化，在提高散熱效率的同時保證激光器的光學性能穩定圖8（e）。目前該技術處于實驗室應用階段，從調研到的資料看，尚未實現實際產品應用，主要受限于大功率激光器的應用場景及工作方式。

6）其他領域：均熱板還可以用于能源領域的熱傳導，如光伏熱電、太陽能熱水器、風力發電機等，如圖8（f）所示。均熱板的高效熱傳導性能可以有效降低太陽能熱水器和風力發電機的溫度，提高能源利用率。

均熱板在航空航天環境的應用不同于陸地環境，因其處于零重力、超重力、微重力、振動、沖擊等多種狀態的惡劣復雜環境下，所采用的散熱設備必須具備輕質、高性能、高可靠性等特性。但因其應用的特殊性，定制化均熱板較多，能調研到的資料有限。比如艾科美公司為航空高熱流密度電子設備設計的均熱板，可有效控制傳熱熱阻，該公司為某衛星有效載荷高功率微波功放研制的均熱板模塊，實現減重85%。還有學者提出，將基于葉脈仿生的散熱均熱板用于航空電子芯片散熱，將輕質型均熱板用于飛機發動機、火箭發動機散熱等。

綜上所述，如何優化設計均熱板的結構、材料、封裝和工藝過程等，提高吸液芯吸液能力，進而獲取厚度更薄、質量更輕、可靠性更高、價格更低的高性能柔性均熱板，將成為均熱板未來應用的主要方向之一。

6 結論

電子元器件在過小的體積內會產生大量的熱量，如何有效散熱成為技術進一步發展的主要難點之一。與傳統熱管相比，均熱板作為一種新型熱傳導器件，可直接接觸熱源并向各個方向均勻傳熱，具有高效、均勻的熱傳導性能，在電子、航空航天、新能源汽車等領域得到廣泛應用。

本文闡述了均熱板的相關理論、結構、工藝、性能，以及性能影響因素、應用前景、發展趨勢。從技術層面分析發現：諸多學者開展了關于均熱板的不同形狀、結構、厚度、材料、工質流體及工藝的研究，重點集中在優化結構、降低熱阻、提高燒干極限，以實現更高的熱通量，增加臨界熱通量，提高均熱板的傳熱性能。從應用層面總結發現，均熱板在地面的應用已經非常廣泛，在航空航天的應用，能調研到的資料相對有限。整體而言，可以預見在不久的將來，隨著其性能的提升，均熱板將大范圍應用于更多領域。

隨著均熱板市場滲透率不斷提升，行業發展前景較好。未來的研究重點主要集中在極端超薄均熱板的理論研究、高性能吸液芯結構設計、可靠性封裝工藝等方面。在電子產品朝著高功率、輕薄化、高性能方向不斷發展的背景下，實現均熱板超薄型、高品質、高端化將是未來行業主流發展趨勢。