图4 2种热管单元对比

图4（a）与图4（b） 分别为传统热管散热器与阵列冷端平面热管中的单管。图4（b）中的空心基板与热管通过焊接成为一个空腔整体，将蒸发端作为整个基板底面，增大蒸发端热接触面积且具有均温效果。去除了基板的导热热阻、热管与基板间的接触热阻，传热性能更好。Huang 等提出一种新型的对称且高度连续变化的翅片阵列，如图5所示，通过减小流阻来改善自然对流换热。

图 5 带有可变高度翅片真阵列的热管散热器

通过三维数值计算，比较不同高度可变翅片阵列的热管散热器的传热性能。研究表明，增加散热片间距（s）和最大散热片高度差（p）可以大大降低单位功率的材料成本 Mtot，但对总热阻 Rtot 影响更复杂。并且基于响应面法，以最小 Rtot 和 Mtot 为目标，融合 NSGA‐II 和 TOPSIS 的两阶段方法，进行了参数研究和多目标优化分析，获得的帕累托解集在参数状态图中呈区域分布，表明 s 和 p 对系统性能密切相关，而不是相互独立的。

影响热管散热器的因素有很多。徐鹏程等通过分析热管散热器，建立热管散热器模型并进行数值模拟，探究了影响热管散热器热性能的影响因素：翅片的厚度和间距，结果表明了翅片的厚度与间距变化时，散热器的摩擦系数与传热因子的变化情况。汪双凤研究了影响热管散热器极限热输送的因素：冷凝段长度、脉动热管加热段，结果显示，要使得极限输送能力最大，在低充液率情况下，必须满足加热段长度等于冷凝段长度；在高充液率情况下，必须满足加热段长度大于冷凝段长度。

在过去的十年中，已经有许多研究人士对许多小型原型进行了广泛的研究，表明可以获得与金刚石基板相当的散热性能。蒸气室是类似于热管的密闭容器，利用相变来增强散热效果，这引起了人们对电子行业的兴趣。一些研究人士将蒸汽室集成在DBC 与散热器之间，用于替代金属基板增强散热。Zhang 等对集成的电力电子模块进行了研究，将蒸汽室（vapour chamber ，VC）取代金属基板集成于DBC 与散热器之间，消除了模块与散热器连接的接触热阻，模型如图6所示。

与传统金属散热片相比，VC 将集中的热源大大扩散到更大的冷凝区域，重量轻、几何柔性好和较大的冷却面积，将大大增强了IGBT 模块的散热效果。Chen 等开发了一种新型的散热管理系统用于 IGBT 电源模块冷却。将模块与基于蒸气室的散热器集成在一起，以降低热阻并显著提高温度均匀性。模型如图7所示，与传统散热器相比较，芯片结温、芯片内温差、最大热应力都有所降低，提高了 IGBT 模块的工作性能。

图 6 基于 VC的模块结构

图 7 模块示意图

圆柱形热管结合翅片一般适用于散热空间富裕的电子设备。扁平热管／蒸汽室的主要优点是温度均匀性高，广泛用于局部散热中，在一些小型电力电子设备中，往往由于有限的热源和散热区，很难有效利用传统的圆柱形热管增强散热 。

3.1.3 基于 PCM 的散热器
作为强制空气／液体对流冷却之类的热管理方法的一种替代选择，PCM 冷却是一种简单实用的被动热管理解决方案，近来引起了研究界的广泛关注。PCM 的优点是：较高的熔化潜热可提供高能量密度，可控制的温度稳定性以及相变时体积变化小。然而，PCM 的导热率相对较低，在散热器中嵌入金属散热片，插入多孔金属结构，嵌入热管以及将高电导率的金属泡沫和纳米颗粒与 PCM 混合在一起以增强散热器的性能，这些被称为导热率增强剂。

Desai 等提出翅片用于改善 PCM 模块的导热性，进行数值研究以找到最有效的散热片配置，该配置将限制热控制模块（thermal control module，TCM）的临界温度（Ter），如图8所示。实验中要考虑的重要翅片参数是鳍片的尺寸，数量，形状和质量百分比。结果表明，盖板温度随着每1／4几何形状的翅片数量从9增加到100而降低，同时翅片数量的增加增强了局部热扩散到 PCM 中，并导致临界温度值降低。