點(diǎn)擊獲取蔡司電子行業(yè)質(zhì)量解決方案

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在 AI 手機(jī)高負(fù)載場(chǎng)景下，如游戲渲染、生成式 AI 圖像生成等，用戶常面臨設(shè)備溫升過(guò)快、算力波動(dòng)等問(wèn)題，核心原因在于 AI 芯片算力提升伴隨的功耗激增。當(dāng)前旗艦級(jí)手機(jī) AI 芯片的峰值功耗已突破 15W，而手機(jī)內(nèi)部緊湊的空間（主板面積通常不足 100cm2）導(dǎo)致熱量難以快速擴(kuò)散，進(jìn)而引發(fā)一系列問(wèn)題：一方面，高溫會(huì)導(dǎo)致芯片動(dòng)態(tài)降頻，制約 AI 算力釋放。另一方面，長(zhǎng)期高溫會(huì)加速電子元器件老化，據(jù)《印制電路板 PCB 熱設(shè)計(jì)》（黃志偉等編著）數(shù)據(jù)，電子元器件溫度每升高 2℃，可靠性降低 10%，溫升 50℃時(shí)的壽命僅為溫升 25℃時(shí)的 1/6。

在消費(fèi)電子領(lǐng)域正迎來(lái)技術(shù)融合與體驗(yàn)升級(jí)的新浪潮，AI終端的爆發(fā)增長(zhǎng)，AIPC以及AI手機(jī)實(shí)現(xiàn)本地高效算力支持，智能眼鏡實(shí)時(shí)翻譯，AR導(dǎo)航等實(shí)用功能的崛起。

從市場(chǎng)趨勢(shì)看，AI 手機(jī)的普及進(jìn)一步放大了散熱需求。IDC 預(yù)測(cè)，2025 年全球搭載生成式 AI 功能的智能手機(jī)出貨量將達(dá) 3.7 億部，占整體市場(chǎng)份額 30%；OCID 數(shù)據(jù)顯示，2027 年中國(guó)人工智能手機(jī)銷量預(yù)計(jì)突破 1.86 億臺(tái)。龐大的出貨量背后，散熱技術(shù)已成為廠商實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化的關(guān)鍵指標(biāo)，同時(shí)需平衡消費(fèi)者對(duì)設(shè)備輕薄化的需求。

01傳統(tǒng)手機(jī)散熱

早期手機(jī)散熱以固體導(dǎo)熱為主，核心部件為銅制散熱板（銅的導(dǎo)熱系數(shù)約 401W/(m?K)），通過(guò)直接貼合芯片熱源，將熱量傳導(dǎo)至機(jī)身殼體或散熱片（多為鋁制，導(dǎo)熱系數(shù) 237W/(m?K)）進(jìn)行擴(kuò)散。該方案的優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本可控，但存在明顯技術(shù)瓶頸： 無(wú)法完全滿足高功耗AI芯片的散熱需求。 為提升散熱效率，需增大散熱板 / 片的表面積與厚度，而當(dāng)前手機(jī)輕薄化設(shè)計(jì)要求散熱模塊厚度控制在 1.5mm 以下，傳統(tǒng)方案的散熱功率上無(wú)法適配新一代高功耗 AI 芯片。

（來(lái)源：傳熱學(xué)，電子設(shè)備熱管）

02VC 均熱板的技術(shù)原理與應(yīng)用

為解決 “高散熱需求” 與 “輕薄化” 的矛盾，VC 均熱板（Vapor Chamber）成為高端 AI 手機(jī)的主流方案。VC均熱板 作為一種高效相變傳熱裝置，其工作原理基于封閉空間內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)-冷凝循環(huán)。與熱管類似，VC均熱板利用工質(zhì)在真空環(huán)境下的相變過(guò)程實(shí)現(xiàn)高效熱量傳遞，但其平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使其具有更大的散熱面積和更均勻的溫度分布。

VC均熱板的基本結(jié)構(gòu)包括：

外殼：通常采用紫銅(C1100/C1020)材質(zhì)，具有良好的導(dǎo)熱性能和可加工

毛細(xì)結(jié)構(gòu)：多層銅網(wǎng)+區(qū)域化孔洞設(shè)計(jì)，提供工質(zhì)回流的毛細(xì)力

工質(zhì)：去離子水等低沸點(diǎn)液體，在真空環(huán)境下低溫即可蒸發(fā)

支撐柱（銅柱）：防止真空腔在大氣壓下變形，同時(shí)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

工作過(guò)程中，VC均熱板的熱端吸收熱量，使工質(zhì)蒸發(fā)成蒸汽；蒸汽在壓差作用下迅速擴(kuò)散到冷端，釋放熱量并冷凝成液體；液體通過(guò)毛細(xì)結(jié)構(gòu)的毛細(xì)力回流到熱端，完成一個(gè)完整的熱傳遞循環(huán)。這一過(guò)程的 導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)10000-50000W/mK，是銅的25-125倍，是鋁的50-250倍，展現(xiàn)出卓越的散熱性能 。

（來(lái)源：iPhone 17 Pro“棄鈦從鋁”：散熱革命背后的VC均熱管崛起2025-09-18）

散熱過(guò)程基于相變傳熱，具體流程如下：

01 蒸發(fā)階段

芯片熱源傳導(dǎo)至腔體底部，毛細(xì)芯中的工作介質(zhì)受熱蒸發(fā)，吸收大量熱量；

02 擴(kuò)散階段

水蒸氣在腔體內(nèi)部壓力差作用下，快速擴(kuò)散至低溫區(qū)域（通常為腔體頂部，貼合機(jī)身散熱區(qū)域）；

03 凝結(jié)階段

水蒸氣與低溫壁面接觸，釋放熱量并凝結(jié)為液態(tài)；

04 回流階段

液態(tài)水通過(guò)毛細(xì)芯的毛細(xì)力作用，回流至熱源區(qū)域，完成循環(huán)。

這一過(guò)程的導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)10000-50000W/mK，是銅的25-125倍，是鋁的50-250倍，展現(xiàn)出卓越的散熱性能。

（來(lái)源：iPhone 17 Pro“棄鈦從鋁”：散熱革命背后的VC均熱管崛起2025-09-18）

03VC 均熱板輕薄化的技術(shù)挑戰(zhàn)

當(dāng)前手機(jī)廠商對(duì)機(jī)身厚度的追求（部分機(jī)型已低于 7.5mm），要求 VC 均熱板厚度進(jìn)一步壓縮至 0.3mm 以下，由此帶來(lái)兩大核心技術(shù)難題：

01 密封與流道設(shè)計(jì)矛盾

腔體厚度減小導(dǎo)致內(nèi)部流道截面積不足（需≥0.1mm 才能保證水蒸氣順暢流動(dòng)），同時(shí)密封工藝難度顯著提升 —— 采用激光焊接時(shí)，焊縫寬度需控制在 0.2mm 以內(nèi)，且需避免焊接應(yīng)力導(dǎo)致腔體變形，否則會(huì)破壞真空環(huán)境，導(dǎo)致散熱失效；

02 相變傳熱性能衰減

當(dāng)腔體厚度低于 0.4mm 時(shí)，毛細(xì)芯的有效厚度不足（需≥0.15mm 才能保證足夠的毛細(xì)力），導(dǎo)致液態(tài)水回流速度下降，同時(shí)水蒸氣擴(kuò)散路徑縮短，易出現(xiàn) “汽液混合” 現(xiàn)象，使等效導(dǎo)熱系數(shù)驟。

目前行業(yè)內(nèi)正通過(guò)兩種技術(shù)路徑突破瓶頸：一是采用新型毛細(xì)芯材料（如納米多孔銅，孔隙率提升至 70%），增強(qiáng)毛細(xì)力以提升回流效率；二是優(yōu)化腔體結(jié)構(gòu)（如采用階梯式流道，局部增厚至 0.5mm），在保證整體輕薄的同時(shí)預(yù)留足夠流道空間。未來(lái)隨著這些技術(shù)的成熟，VC 均熱板將更好地適配AI手機(jī)的散熱需求。

質(zhì)量挑戰(zhàn)：

作為VC均熱板的核心內(nèi)部結(jié)構(gòu)，銅柱與毛細(xì)結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)是在多重矛盾中尋求平衡的藝術(shù)。銅柱首要保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但其尺寸過(guò)大會(huì)嚴(yán)重阻礙蒸汽擴(kuò)散與冷凝液回流，增加流阻，因此現(xiàn)代設(shè)計(jì)趨向于采用陣列式微銅柱，在確?？顾菽芰Φ耐瑫r(shí)最小化對(duì)相變流傳熱的干擾。毛細(xì)結(jié)構(gòu)是液體回流的驅(qū)動(dòng)力，其尺寸直接影響性能極限：厚度與孔徑過(guò)小雖能產(chǎn)生強(qiáng)毛細(xì)力，但會(huì)導(dǎo)致液體流動(dòng)阻力激增且熱阻變大；厚度與孔徑過(guò)大則會(huì)使毛細(xì)力不足，極易引發(fā)蒸發(fā)端干涸。最優(yōu)設(shè)計(jì)在于為毛細(xì)結(jié)構(gòu)選擇最佳厚度與孔徑范圍，以最大化其綜合性能系數(shù)（即平衡毛細(xì)力與滲透率）。

在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造過(guò)程中需要關(guān)注銅柱的直徑與高度，毛細(xì)結(jié)構(gòu)的厚度與孔徑，凹陷/鼓包等缺陷檢查以確保VC均熱板的質(zhì)量。

觀察VC均熱板樣品：

1銅網(wǎng)缺陷

1.1邊緣

8μm體素分辨率對(duì)ROI掃描成像，可觀察到裙邊、焊道、銅柱和銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)，注意到銅網(wǎng)有一處凹陷。

測(cè)量裙邊和銅柱等各層結(jié)構(gòu)的厚度

ZEISS的3D軟件所示重構(gòu)后的2D切片，XY方向

ZEISS的3D軟件所示重構(gòu)后的2D切片，YZ方向

體素：8μm

邊緣：測(cè)量銅柱直徑

并對(duì)凹陷處銅網(wǎng)進(jìn)一步放大掃描

ZEISS的3D軟件所示重構(gòu)后的2D切片，XZ方向

ZEISS的3D軟件所示重構(gòu)后的3D結(jié)構(gòu)

體素：8μm

1.2銅網(wǎng)缺陷

1.5μm體素分辨率對(duì)凹陷處銅網(wǎng)掃描成像，可觀察到銅柱和銅網(wǎng)變形、粘連。

ZEISS的3D軟件所示重構(gòu)后的2D切片。

每個(gè)象限代表一個(gè)不同的正交虛擬切片，彩色線對(duì)應(yīng)相同的邊框顏色切片。比如，上排象限內(nèi)的綠色線位置對(duì)應(yīng)左下象限的綠色邊框內(nèi)的2D切片。

通過(guò)移動(dòng)彩色線可以觀察對(duì)應(yīng)顏色線框內(nèi)的虛擬切片變化。

ZEISS的3D軟件所示重構(gòu)后的2D切片，XY方向

測(cè)量變形銅柱和未變形銅柱的厚度；測(cè)量銅柱內(nèi)孔隙大小和銅網(wǎng)編織結(jié)構(gòu)的寬度

ZEISS的3D軟件所示重構(gòu)后的2D切片，YZ方向

體素：1.5μm

蔡司解決方案：

ZEISS Xradia Versa X射線顯微鏡采用無(wú)損三維成像技術(shù)，為VC均熱板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)表征與缺陷分析提供了完整解決方案。該系統(tǒng)憑借其卓越的多尺度成像能力，可在低倍模式下快速定位內(nèi)部整體結(jié)構(gòu)，并無(wú)縫切換至高倍模式，對(duì)毛細(xì)結(jié)構(gòu)、銅柱及凹陷等微觀特征進(jìn)行高分辨率三維解析。結(jié)合專用的三維可視化與分析軟件，用戶可對(duì)樣品進(jìn)行任意角度的虛擬剖切與立體渲染，生成高質(zhì)量的三維彩色模型，從而精確揭示內(nèi)部結(jié)構(gòu)的空間關(guān)系與缺陷分布，為產(chǎn)品工藝優(yōu)化與可靠性評(píng)估提供關(guān)鍵的洞見和數(shù)據(jù)支撐。

▲ 蔡司Versa系列高分辨X射線顯微鏡

蔡司擁有豐富的產(chǎn)品線包含顯微鏡，藍(lán)光掃描儀，三坐標(biāo)，工業(yè)CT，助力全面解決電子客戶面臨質(zhì)量挑戰(zhàn)與痛點(diǎn)。