En kraftig termisk løsning for 5G kommunikasjonskjøling
Varmespredning er et viktig ledd for å sikre langsiktig sikker og pålitelig drift av elektroniske enheter og produkter. Som det mest brukte feltet for varmespredningsenheter som brikker, har utviklingen av kommunikasjons- og informasjonsteknologi fremmet varmespredning eller termisk design til å bli en systematisk industri. Forskning og utvikling innen kraft, sikkerhet, forbrukerelektronikk, bilindustri, LED, etc. legger også stadig større vekt på produktenes termiske ytelse for å få flere fordeler i markedets konkurranseevne. For tiden utvikles 5G-kommunikasjons- og informasjonsprodukter mot målene om større kapasitet, høyere ytelse, energieffektivitet og lavt støynivå. Nivået på enhetsintegrasjon øker, med kraftigere enkeltbrikkefunksjoner og betydelig økt strømforbruk. Oppsettet blir imidlertid mer kompakt, og varmeflukstettheten har doblet seg, noe som utgjør store utfordringer for termisk teknologi.
Tradisjonelle termiske systemer er hovedsakelig avhengige av enfasematerialer for å lede varme fra enheten til overflaten av kjøleribben, og deretter spre varmen til miljøet gjennom naturlig konveksjon (naturlig kjølesystem) eller tvungen konveksjon (tvungen luftkjølesystem) ved å luft. Effektiviteten til varmeledning avhenger av og begrenses også av materialets iboende varmeledningsevne.
Faseendringsvarmeoverføringsteknologien representert av varmerør og VC (Vapor Chamber) utnytter mediet til å fordampe i det oppvarmede området og kondensere i det avkjølte området, mens den absorberer eller frigjør den tilsvarende latente varmen fra faseendring, vekselvis sirkulerer for å oppnå rask diffusjon eller migrering av varme. Absorpsjon og frigjøring av latent varme er en rask og effektiv prosess, og ved bruk av tofase varmeoverføring velges vanligvis arbeidsvæsker med høyere latent varme, noe som resulterer i svært høy varmeoverføringseffektivitet. Den ekvivalente varmeledningsevnen kan nå over 2000 W/m · K
Vapor Chamber er for tiden det mest brukte faseendringsvarmeoverføringsproduktet i kommunikasjons- og elektronikkindustrien, med andre modne prosesser enn varmerør. En typisk VC er en flat lukket form, bestående av et skall, kapillærstruktur, støttestruktur og arbeidsvæske. Gjennom fordampning, kondensering og kapillærtransport av arbeidsfluidet oppnås effektiv varmeledning som sprer varme fra det konsentrerte området til hele strukturplanet.
Takket være fordelene med store kapillæregenskaper og todimensjonal eller til og med tredimensjonal termisk diffusjon, har VC en høyere varmefluksbærekapasitet, spesielt for kjøling av elektroniske enheter med varmeflukstettheter som overstiger 50W/cm2. Temperaturutjevningseffekten er betydelig bedre enn varmeavledningssubstrater av rent metall eller innebygde varmerør, noe som kan forbedre effektiviteten til kjøleribber betraktelig. Under utviklingstrenden med chipvarmeflukstetthet som overstiger 100W/cm2, er VC utvilsomt en nøkkelteknologi som støtter ytelsesoppgraderingen av kommunikasjonsutstyr.
Høyere ytelse VC tilsvarer ofte den lokale kapillærstrukturfortettingen i fordampningssonen tilsvarende varmekildens plassering. I tillegg til å øke kapillærkraften og flytende tilbakeløp, utvider overflaten av disse kapillærstrukturene også fordampningsområdet og øker fordampningshastigheten. Fra dette perspektivet inkluderer designet også et lag med kapillærmateriale som dekker den ytre delen av den krypterte rene metallstrukturen. Fordi rene metaller, spesielt rent kobber, har høyere varmeledningsevne enn kapillærstrukturer, leder det indre rene metallet varme til overflatekapillærstrukturen mer effektivt, og styrken til rene metaller er også bedre. Det finnes ulike designformer av denne typen, og VC-varmefluksbærekapasiteten kan nå 30-100W/cm2.
Med utviklingstrenden med høyt strømforbruk og høy varmeflukstetthet sjetonger, er det høyere etterspørsel etter temperaturutjevningsytelsen til VC. Optimaliseringsdesignet til VC må forbedre kapillærytelsen samtidig som effektiviteten til varmeledning og gass-væsketransport forbedres fra flere aspekter av materialer og strukturer, og dermed redusere den termiske motstanden til VC betydelig. Først da kan temperaturforskjellen fra varmekilden til den kalde overflaten til VC fortsatt være sammenlignbar med gjeldende nivå under bruksforhold med lav varmeflukstetthet, selv når arbeidsvarmeflukstettheten dobles eller til og med multipliseres.
