用1支复合热导管 满足NB散热与降低成本需求
前言：
在讲求低价、轻薄的笔记型电脑趋势当中，过去热导管散热方案，已不能满足PC厂商对热导管成本以及性能要求，而製造热导管的超眾科技，运用串接法研发出的复合热导管技术，竟然成功的让热导管，比过去单一式热导管，提升了3成以上的散热效果，同时比当时业界提出的复合热导管，有更优异的散热效能。
图说：热导管散热原理，在左端蒸发端受热后，裡面工作液体沸腾变成蒸气，变成蒸气后压力变大，接著往右端冷凝端移动，再经由右端冷凝端外部散热鰭片将热迅速排出，蒸气回到冷凝区域遇冷变成水，在靠内表面毛细结构回流到加热区，形成反覆的循环动作。
单一式热导管设计 不敷散热与降低成本需求
「我们要做的比业界复合式热导管散热效果要更好。」超眾研发中心经理王证都形容当时在研发会议中，对RD下达上述的目标，希望RD们发挥创意，开发出比同业更好的复合式热导管设计。
过去4种单一式热导管设计，包括烧结式、网目式、沟槽式、纤维式热导管散热应用大概从1997年到2003年，已经有使用7、8年之久，但是由於电脑效能不断提升，CPU发热量也逐渐攀高，以前要应付Pentium 4超过80瓦的发热量，单一式热导管每1支最大散热效能有限，大概要用到2到3支单一式烧结热导管，才够负荷硬体发热量，在电池电能有限情况下，过去热导管提供的散热效果已达到瓶颈，很多PC厂商要求反应希望可以省成本，设计出用精简、更少支热导管的散热模组，因此在2004年当时业界就开始普遍提出复合式热导管设计，但是提出的作法都没有办法提升多少散热效果。
图说:超众过去在笔记型电脑的散热模组设计,图中应用了3支单一式烧结热导管。
应用复合热导管 客户订单增
要如何才能跳脱当时业界复合式热导管做法，重新将原有的热导管做改变调整？研发人员必须拋开过去单一热导管方式，找出新的散热法，此一技术开发过程，超眾并非一蹴可几，在面对国际大厂像是DELL、HP、APPLE及Intel等主要客户压力下，超眾研发人员须背负著使命与责任，认真的去对每1种热导管性能做评估实验。
王证都指出，由於每1种热道管散热技术各有各的应用范围与先天性结构限制，烧结有大的热传量，但是热阻相对大一点，网目本身毛细结构层薄，因为网目编织特性热管可以压的比较扁，适合轻薄型机种。
沟槽本身结构最简单，直接在管壁内部形成沟槽，同时有较低热阻也就是较好的渗透率。纤维式热导管是1根1根纤维，技术较复杂，需要克服将纤维贴合到壁面上的困难度。
每种管材都各有优缺点，后来，超眾研发人员乾脆大胆实验起来，把4种导管做串结两端应用，发现在蒸发端运用具最佳传热效果的烧结管，冷凝端利用沟槽式低毛细力、低热阻、高渗透率特性，用串结式复合方法取两者优点互相结合，实验后使散热效果比单一式热导管大幅提升3、4成以上，更优於当时业界热导管散热表现，这样对技术的改良坚持，让超眾从2006年应用更多复合式热导管技术后，因为散热效果不错，当时PC大厂的订单，还因此持续增加。
图说:单一式烧结热导管内部结构图
图说:单一式沟槽热导管内部结构图
图说:复合式热导管横剖面图,图中右边是毛系结构烧结管,串结左边沟槽管
缩小烧结粉末颗粒 提高毛细力表现
超眾复合式热导管，不管是应用在哪一种机型散热，或是复合管的烧结、沟槽两端长度比例如何，复合管散热技术首要问题就是提高蒸发端烧结的热传量，蒸发端的烧结毛细结构愈强，带走的热量愈多，管内烧结的粉末颗粒大小、形状决定了毛细表现。
如何增加烧结的毛细力，必须从缩小粉末粒晶大小著手，另外粉末之间接触的区域，形成所谓毛细角，当接触区域面积愈多、形状愈不规则，毛细力相对也会增加。
光在调整粉末大小上，就实验了相当多次，最后我们从原本单一烧结式，毛细大小从原本的0.2~0.4mm，调整到现在复合式烧结粉粒得缩到0.1~0.2mm，毛细粒外型也从原本圆形趋近到愈来愈不规则形状，目的是为增加其表面积，提高与其它粉粒接触机会。
王证都强调一支热导管真正的难度在於，进行可靠度测试，譬如让复合式热导管在零下50度到100度之间高低温冷热衝击下，观察毛细结构是否能适应衝击，每200次就要观察其变化，通常要做到2,000次测试，没问题后才能够真正进入量產阶段。
图说：此图为复合式热导管烧结粉末颗粒在显微镜下放大图，毛细颗粒大小已经从0.2~0.4mm缩到0.1~0.2mm，毛细粒外型为提高毛细力，从过去圆形趋近不规则形状。
无氧铜挤压性好 热传导率高
王证都说，解决了最困难的管壁内毛细结构，其他的都是比较次要的因素，包括管材材料选择、工作流体、管径、管长、管壁厚度等，多少会影响到热导管散热性能表现。
在热导管管材上，为了避免导管材料裡面含有氧、磷、铁之类的微量金属，可能会释出氧气、氢气，而造成热导管老化现象，因而使管内真空度下降，降低热导管性能，所以对於管材材质的纯化，必须取得很纯的材料，无氧铜热传导率高、挤压性良好，在製造上有助於保持内部低压的状态，更有助於达到降低热阻的效果。
而工作流体上，主要依热导管最终应用范围而定，需要能与毛细结构适切搭配，热导管多使用於消费性电子并於一般0~100℃环境中使用，而纯水的蒸发凝结温度也是0~100℃，故现阶段应用在复合式热管裡，还是以纯水为主要工作流体。
管径部份需考量到笔记型电脑的空间限制还有成本因素，管径愈大、管内截面积愈大，热导管的散热能力也会愈好，现在9成都用6㎜管径，6㎜比较适合范围，弯曲半径也适中，可在小区域做闪躲动作，其最大热量刚好以1支就可以带走所有热源，6㎜也是复合式导管未来趋势。
管长部份长度愈长，性能就会跟著往下降，目前笔记型电脑大部分在300㎜以下，热传量会比较好，超过在製造上也比较困难，在设计时还是维持在150㎜~300㎜之间为主。
对管壁厚度来说，因要承受外界压力差，因此也不能过度薄化，否则易导致导管变形，一旦温度升高，管材强度随之减弱，因此就须靠管壁来防止导管变形，基本上，管壁厚度对性能影响几乎可以忽略不计，作为1个容器壁面，作厚了只是增加成本，作薄技术上也不允许，现在一般大概是做到0.25~ 0.3㎜为基準。
提高3成散热效率 减少1元美金成本
应用复合式热导管到底帮客户提升了多少效能？王证都举例了在同样150㎜长度，沟槽管散热30瓦、烧结管散热40瓦，但是复合式烧结加沟槽的热导管裡，可以发挥55瓦散热效能，足足提高3成以上的散热效果。(如下图)
图说：绿色Groove沟槽管、紫色Powder烧结管、黄色Composive pipe复合式热导管(烧结+沟槽)：在150mm热导管长度中，沟槽管仅散热30瓦、烧结管散热40瓦，但复合式烧结加沟槽管，发挥55瓦散热效能，比单一式沟槽或烧结热导管至少提高3成以上散热率；另外在180mm、210mm热导管裡，复合式热导管都比单一式提高至少3成以上散热效能。
王证都说，现在用1支复合式就可以抵过去3支单一式热导管，除了省空间以符合笔记型电脑轻薄设计趋势外，还可以替客户节省成本支出。
以目前笔记型电脑硬体发热量，现在大概平均来算是大约1.5支复合式热导管就可以应付，以热导管1支售价平均在0.8到1元美金，少用1支就为客户省下0.8到1元美金。
目前单一结构热导管设计使用率持续下滑，96年度超眾就已经导入设计接近90％的复合式热导管，97年市面上笔记型电脑机种，大部分都会改用复合式热导管散热形式，王证都，表示提升热导管性能之后，未来客户在其他部分，可以使用比较便宜的材料替代，让散热模组的成本支出再降低。
图说:过去笔记性电脑可能要用到2-3支热导管的散热装置,现在一支复合式热导管就可以解决
多折打扁的热导管外观设计
热导管优异特性，不仅展现在可以变成复合式热导管应用，1支热导管要针对不同发热源作散热，还可以做到行折弯打扁动作，但是每多做1个弯性能就会下降，以前很简单转1个弯，现在可能要求更多要折2个弯以上。
不过要注意的是，并不是每一种属性的热导管都可以拿来轻易折弯打扁，沟槽管因为沟管是在壁面上，经过多次的折弯又打扁，容易失去基本的性能，弯折应用在烧结管其破坏程度就比较低，烧结管做折弯还可以调整粉末大小、调节烧结长度，让其性能不要下降太厉害。
图说：超眾应用於笔记型电脑，经过4折弯打扁的复合式热导管(管径: 6mm、管长300mm、管壁厚度0.3mm)
这两年笔记型电脑市场普遍朝15吋机种设计，新型机种大多数都已经改成烧结加沟槽复合热导管设计，或许2008、2009年，轻薄型机种流行起来，这种结构就可能渐渐被淘汰。
因为随著机壳内空间的再缩小，热导管也将朝更扁的型式来设计，要把热导管空间再压缩，沟槽式就不适合拿来打扁，网目编织特性，热管可以压的比较扁，适合轻薄型机种。
未来复合热导管会变成更轻更薄复合结构设计，也就是冷凝端利用网目取代沟槽式的设计，蒸发端仍然结合烧结结构，烧结网目复合管将会是下一波热导管演变趋势，届时也考验超眾能否设计出符合客户期待的优异散热效能。