在AI 手機高負載場景下，如游戲渲染、生成式 AI 圖像生成等，用戶常面臨設備溫升過快、算力波動等問題，核心原因在于 AI 芯片算力提升伴隨的功耗激增。當前旗艦級手機 AI 芯片的峰值功耗已突破 15W，而手機內部緊湊的空間（主板面積通常不足 100cm2）導致熱量難以快速擴散，進而引發一系列問題：一方面，高溫會導致芯片動態降頻，制約 AI 算力釋放。另一方面，長期高溫會加速電子元器件老化，據《印制電路板 PCB 熱設計》（黃志偉等編著）數據，電子元器件溫度每升高 2℃，可靠性降低 10%，溫升 50℃時的壽命僅為溫升 25℃時的 1/6。

在消費電子領域正迎來技術融合與體驗升級的新浪潮，AI終端的爆發增長，AIPC以及AI手機實現本地高效算力支持，智能眼鏡實時翻譯，AR導航等實用功能的崛起。

從市場趨勢看，AI 手機的普及進一步放大了散熱需求。IDC 預測，2025 年全球搭載生成式 AI 功能的智能手機出貨量將達 3.7 億部，占整體市場份額 30%；OCID 數據顯示，2027 年中國人工智能手機銷量預計突破 1.86 億臺。龐大的出貨量背后，散熱技術已成為廠商實現產品差異化的關鍵指標，同時需平衡消費者對設備輕薄化的需求。

01 傳統手機散熱

早期手機散熱以固體導熱為主，核心部件為銅制散熱板（銅的導熱系數約401W/(m?K)），通過直接貼合芯片熱源，將熱量傳導至機身殼體或散熱片（多為鋁制，導熱系數 237W/(m?K)）進行擴散。該方案的優勢在于結構簡單、成本可控，但存在明顯技術瓶頸： 無法完全滿足高功耗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，而當前手機輕薄化設計要求散熱模塊厚度控制在 1.5mm 以下，傳統方案的散熱功率上無法適配新一代高功耗 AI 芯片。

（來源：傳熱學，電子設備熱管）

02 VC 均熱板的技術原理與應用

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工質的蒸發-冷凝循環。與熱管類似，VC均熱板利用工質在真空環境下的相變過程實現高效熱量傳遞，但其平面結構設計使其具有更大的散熱面積和更均勻的溫度分布。

VC均熱板的基本結構包括：

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

毛細結構： 多層銅網+區域化孔洞設計，提供工質回流的毛細力

工質： 去離子水等低沸點液體，在真空環境下低溫即可蒸發

支撐柱（銅柱）： 防止真空腔在大氣壓下變形，同時增強結構強度

工作過程中，VC均熱板的熱端吸收熱量，使工質蒸發成蒸汽；蒸汽在壓差作用下迅速擴散到冷端，釋放熱量并冷凝成液體；液體通過毛細結構的毛細力回流到熱端，完成一個完整的熱傳遞循環。這一過程的 導熱系數可達10000-50000W/mK，是銅的25-125倍，是鋁的50-250倍，展現出卓越的散熱性能 。

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

散熱過程基于相變傳熱，具體流程如下：

**01 **蒸發階段

芯片熱源傳導至腔體底部，毛細芯中的工作介質受熱蒸發，吸收大量熱量；

**02 **擴散階段

水蒸氣在腔體內部壓力差作用下，快速擴散至低溫區域（通常為腔體頂部，貼合機身散熱區域）；

**03 **凝結階段

水蒸氣與低溫壁面接觸，釋放熱量并凝結為液態；

**04 **回流階段

液態水通過毛細芯的毛細力作用，回流至熱源區域，完成循環。

這一過程的導熱系數可達10000-50000W/mK，是銅的25-125倍，是鋁的50-250倍，展現出卓越的散熱性能。

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

03****VC 均熱板輕薄化的技術挑戰

當前手機廠商對機身厚度的追求（部分機型已低于7.5mm），要求 VC 均熱板厚度進一步壓縮至 0.3mm 以下，由此帶來兩大核心技術難題：

**01 **密封與流道設計矛盾

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

**02 **相變傳熱性能衰減

當腔體厚度低于0.4mm 時，毛細芯的有效厚度不足（需≥0.15mm 才能保證足夠的毛細力），導致液態水回流速度下降，同時水蒸氣擴散路徑縮短，易出現 “汽液混合” 現象，使等效導熱系數驟。

目前行業內正通過兩種技術路徑突破瓶頸：一是采用新型毛細芯材料（如納米多孔銅，孔隙率提升至70%），增強毛細力以提升回流效率；二是優化腔體結構（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預留足夠流道空間。未來隨著這些技術的成熟，VC 均熱板將更好地適配AI手機的散熱需求。

質量挑戰：

作為VC均熱板的核心內部結構，銅柱與毛細結構的尺寸設計是在多重矛盾中尋求平衡的藝術。銅柱首要保證結構強度，但其尺寸過大會嚴重阻礙蒸汽擴散與冷凝液回流，增加流阻，因此現代設計趨向于采用陣列式微銅柱，在確保抗塌陷能力的同時最小化對相變流傳熱的干擾。毛細結構是液體回流的驅動力，其尺寸直接影響性能極限：厚度與孔徑過小雖能產生強毛細力，但會導致液體流動阻力激增且熱阻變大；厚度與孔徑過大則會使毛細力不足，極易引發蒸發端干涸。最優設計在于為毛細結構選擇最佳厚度與孔徑范圍，以最大化其綜合性能系數（即平衡毛細力與滲透率）。

在設計和生產制造過程中需要關注銅柱的直徑與高度，毛細結構的厚度與孔徑，凹陷/鼓包等缺陷檢查以確保VC均熱板的質量。

觀察VC均熱板樣品：

1銅網缺陷

1.1邊緣

8μm體素分辨率對ROI掃描成像，可觀察到裙邊、焊道、銅柱和銅網結構，注意到銅網有一處凹陷。

測量裙邊和銅柱等各層結構的厚度

ZEISS的3D軟件所示重構后的2D切片，XY方向

ZEISS的3D軟件所示重構后的2D切片，YZ方向

體素：8μm

邊緣：測量銅柱直徑

并對凹陷處銅網進一步放大掃描

ZEISS的3D軟件所示重構后的2D切片，XZ方向

ZEISS的3D軟件所示重構后的3D結構

體素：8μm

1.2銅網缺陷

1.5μm體素分辨率對凹陷處銅網掃描成像，可觀察到銅柱和銅網變形、粘連。

ZEISS的3D軟件所示重構后的2D切片。

每個象限代表一個不同的 正交虛擬切片 ，彩色線對應相同的邊框顏色切片。比如，上排象限內的綠色線位置對應左下象限的綠色邊框內的2D切片。

通過移動彩色線可以觀察對應顏色線框內的虛擬切片變化。

ZEISS的3D軟件所示重構后的2D切片，XY方向

測量變形銅柱和未變形銅柱的厚度；測量銅柱內孔隙大小和銅網編織結構的寬度

ZEISS的3D軟件所示重構后的2D切片，YZ方向

體素：1.5μm

蔡司解決方案：

ZEISS Xradia Versa X射線顯微鏡采用無損三維成像技術，為VC均熱板的內部結構表征與缺陷分析提供了完整解決方案。該系統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部整體結構，并無縫切換至高倍模式，對毛細結構、銅柱及凹陷等微觀特征進行高分辨率三維解析。結合專用的三維可視化與分析軟件，用戶可對樣品進行任意角度的虛擬剖切與立體渲染，生成高質量的三維彩色模型，從而精確揭示內部結構的空間關系與缺陷分布，為產品工藝優化與可靠性評估提供關鍵的洞見和數據支撐。

▲ 蔡司Versa系列高分辨X射線顯微鏡

蔡司擁有豐富的產品線包含顯微鏡，藍光掃描儀，三坐標，工業CT，助力全面解決電子客戶面臨質量挑戰與痛點。