En kraftfull termisk lösning för 5G-kommunikationskylning
Värmeavledning är en viktig länk för att säkerställa en långsiktig säker och pålitlig drift av elektroniska enheter och produkter. Som det mest tätt använda området för värmeavledningsanordningar som chips, har utvecklingen av kommunikations- och informationsteknik främjat värmeavledning eller termisk design till att bli en systematisk industri. Forskning och utveckling inom områdena kraft, säkerhet, konsumentelektronik, fordon, LED, etc. betonar också alltmer produkternas termiska prestanda för att få fler fördelar i konkurrenskraften på marknaden. För närvarande utvecklas 5G-kommunikations- och informationsprodukter mot målen större kapacitet, högre prestanda, energieffektivitet och lågt brus. Nivån på enhetsintegration ökar, med kraftfullare enchipsfunktioner och avsevärt ökad strömförbrukning. Layouten blir dock mer kompakt och värmeflödestätheten har fördubblats, vilket innebär stora utmaningar för termisk teknik.
Traditionella termiska system förlitar sig huvudsakligen på enfasmaterial för att leda värme från enheten till kylflänsens yta, och sedan avleda värmen till miljön genom naturlig konvektion (naturligt kylsystem) eller forcerad konvektion (tvungen luftkylningssystem) luft. Effektiviteten för värmeledning beror på och begränsas också av materialets inneboende värmeledningsförmåga.
Fasförändringsvärmeöverföringstekniken representerad av värmerör och VC (Vapor Chamber) använder mediet för att avdunsta i det uppvärmda området och kondensera i det kylda området, samtidigt som det absorberar eller släpper motsvarande latenta värme från fasförändringen, växelvis cirkulerar för att uppnå snabb diffusion eller migration av värme. Absorption och frigöring av latent värme är en snabb och effektiv process, och vid användning av tvåfas värmeöverföring väljs vanligtvis arbetsvätskor med högre latent värme, vilket resulterar i mycket hög värmeöverföringseffektivitet. Den ekvivalenta värmeledningsförmågan kan nå över 2000 W/m · K
Vapor Chamber är för närvarande den mest använda fasförändringsvärmeöverföringsprodukten inom kommunikations- och elektronikindustrin, med andra mogna processer än värmerör. En typisk VC är en platt sluten form, bestående av ett skal, kapillärstruktur, stödstruktur och arbetsvätska. Genom avdunstning, kondensation och kapillärtransport av arbetsvätskan uppnås effektiv värmeledning som sprider värme från det koncentrerade området till hela strukturplanet.
Tack vare fördelarna med kapilläregenskaper med stor yta och tvådimensionell eller till och med tredimensionell termisk diffusion, har VC en högre värmeflödeskapacitet, speciellt för kylning av elektroniska enheter med värmeflödestätheter som överstiger 50W/cm2. Temperaturutjämningseffekten är betydligt bättre än värmeavledningssubstrat av ren metall eller inbäddade värmerör, vilket avsevärt kan förbättra effektiviteten hos kylflänsar. Under utvecklingstrenden med chipvärmeflödestäthet som överstiger 100W/cm2, är VC utan tvekan en nyckelteknologi som stödjer prestandauppgraderingen av kommunikationsutrustning.
Högre prestanda VC motsvarar ofta den lokala kapillärstrukturens förtätning i förångningszonen som motsvarar värmekällans placering. Förutom att förstärka kapillärkraften och vätskeåterflödet, utökar ytan av dessa kapillärstrukturer även förångningsområdet och ökar förångningshastigheten. Ur detta perspektiv inkluderar designen också ett lager av kapillärmaterial som täcker den yttre delen av den krypterade rena metallstrukturen. Eftersom rena metaller, särskilt ren koppar, har en högre värmeledningsförmåga än kapillärstrukturer, leder den inre rena metallen värme till ytkapillärstrukturen mer effektivt, och hållfastheten hos rena metaller är också bättre. Det finns olika designformer av denna typ, och VC-värmeflödeskapaciteten kan nå 30-100W/cm2.
Med utvecklingstrenden med hög strömförbrukning och hög värmeflödestäthet, finns det ett högre krav på temperaturutjämningsprestanda hos VC. Optimeringsdesignen för VC måste förbättra kapillärprestandan samtidigt som effektiviteten för värmeledning och gas-vätsketransport förbättras från flera aspekter av material och strukturer, vilket avsevärt minskar VCs termiska motstånd. Endast då kan temperaturskillnaden från värmekällan till den kalla ytan av VC fortfarande vara jämförbar med den nuvarande nivån under applikationsförhållanden med låg värmeflödestäthet, även när arbetsvärmeflödestätheten fördubblas eller till och med multipliceras.
