Мощно термично решение за 5G комуникационно охлаждане
Разсейването на топлината е важна връзка за осигуряване на дългосрочна безопасна и надеждна работа на електронни устройства и продукти. Като най-често използваната област за устройства за разсейване на топлината като чипове, развитието на комуникационните и информационните технологии насърчи разсейването на топлината или топлинния дизайн да се превърнат в систематична индустрия. Изследванията и разработките в областта на захранването, сигурността, потребителската електроника, автомобилостроенето, светодиодите и т.н. също все повече наблягат на топлинните характеристики на продуктите, за да имат повече предимства в конкурентоспособността на пазара. В момента 5G комуникационните и информационните продукти се развиват към целите за по-голям капацитет, по-висока производителност, енергийна ефективност и нисък шум. Нивото на интеграция на устройството се увеличава, с по-мощни функции на един чип и значително увеличена консумация на енергия. Оформлението обаче става все по-компактно и плътността на топлинния поток се е удвоила, което поставя сериозни предизвикателства пред топлинната технология.
Традиционните топлинни системи разчитат главно на еднофазни материали за провеждане на топлина от устройството към повърхността на радиатора и след това разсейват топлината в околната среда чрез естествена конвекция (система за естествено охлаждане) или принудителна конвекция (система за принудително въздушно охлаждане) чрез въздух. Ефективността на топлопроводимостта зависи и също е ограничена от присъщата топлопроводимост на материала.
Технологията за топлопренос на фазова промяна, представена от топлинни тръби и VC (Vapor Chamber), използва средата за изпаряване в нагрятата зона и кондензация в охладената зона, като същевременно абсорбира или освобождава съответната латентна топлина на фазовата промяна, като циркулира редуващо се, за да постигне бърза дифузия или миграция на топлина. Абсорбцията и освобождаването на латентна топлина е бърз и ефективен процес и когато се използва двуфазен топлопренос, обикновено се избират работни течности с по-висока латентна топлина, което води до много висока ефективност на топлопредаване. Еквивалентната топлопроводимост може да достигне над 2000 W/m·K
Vapor Chamber в момента е най-широко използваният продукт за топлопренос с фазова промяна в комуникационната и електронната промишленост, със зрели процеси, различни от топлинните тръби. Типичен VC е плоска затворена форма, състояща се от обвивка, капилярна структура, поддържаща структура и работна течност. Чрез изпарението, кондензацията и капилярния транспорт на работния флуид се постига ефективна топлопроводимост, разпространявайки топлината от концентрираната зона към цялата структурна равнина.
Благодарение на предимствата на капилярните характеристики с голяма площ и двуизмерната или дори триизмерната топлинна дифузия, VC има по-висок капацитет на топлинен поток, особено за охлаждане на електронни устройства с плътност на топлинния поток над 50 W/cm2. Ефектът на изравняване на температурата е значително по-добър от чист метал или вградени топлинни тръби за разсейване на топлината, което може значително да подобри ефективността на радиаторите. При тенденцията на развитие на плътност на топлинния поток на чипове, надвишаваща 100 W/cm2, VC несъмнено е ключова технология, поддържаща надграждането на производителността на комуникационното оборудване.
По-високата производителност VC често съответства на локалното уплътняване на капилярната структура в зоната на изпарение, съответстваща на местоположението на източника на топлина. В допълнение към увеличаването на капилярната сила и обратния хладник на течността, повърхността на тези капилярни структури също разширява зоната на изпаряване и увеличава скоростта на изпаряване. От тази гледна точка дизайнът също така включва слой от капилярен материал, покриващ външната част на криптираната структура от чист метал. Тъй като чистите метали, особено чистата мед, имат по-висока топлопроводимост от капилярните структури, вътрешният чист метал отвежда топлината към повърхностната капилярна структура по-ефективно и здравината на чистите метали също е по-добра. Съществуват различни конструктивни форми от този тип и капацитетът на VC топлинен поток може да достигне 30-100W/cm2.
С тенденцията на развитие на чипове с висока консумация на енергия и висока плътност на топлинния поток, има по-голямо търсене на производителност на температурно изравняване на VC. Оптимизиращият дизайн на VC трябва да подобри капилярната производителност, като същевременно повишава ефективността на топлопроводимостта и транспорта газ-течност от множество аспекти на материали и структури, като по този начин значително намалява термичното съпротивление на VC. Само тогава температурната разлика от източника на топлина до студената повърхност на VC все още може да бъде сравнима с текущото ниво при условия на приложение с ниска плътност на топлинния поток, дори когато работната плътност на топлинния поток е удвоена или дори умножена.
