Как работят топлинната тръба и перката с цип при охлаждане на лаптоп

В термичния модул на лаптопа трите ключови елемента са топлинна тръба, вентилатор за гукане и перка с цип за охлаждане. Освен това има елементи, използвани за подобряване на контактната площ и ефективността на топлопроводимостта между тях.

Повърхността на чипове като CPU, GPU, видео памет и захранващ модул са покрити със слой от меден радиатор. Като среда между чипа и топлинната тръба, основната му задача е да "извлича" топлината от чипа бързо, което също така увеличава контактната площ и разширява площта на разсейване на топлината.

В същото време има и слой термопаста като пълнител между чипа и радиатора, както и между радиатора и топлинната тръба. За наистина „стрес“ термичен дизайн, повърхността на радиатора и топлинната тръба също трябва да бъдат фино полирани - повърхността на медния радиатор и топлинната тръба обикновено е много грапава, което ще повлияе на пълния им контакт с топлинната проводима силиконова грес на микро ниво.

Топлинната тръба е куха метална тръба, изработена от чиста мед. Частта в контакт с чипа CPU/GPU е „изпарителният край“, а частта в контакт с охлаждащата перка е „кондензационният край“. Топлинната тръба е пълна с кондензат (като чиста вода). Неговият принцип на работа е, че високата температура на повърхността на чипа ще преобразува течността в края на изпарението на топлинната тръба в пара и ще се движи по кухината на тръбата до опашката на топлинната тръба (кондензационен край). Поради сравнително ниската температура в тази зона, горещата пара скоро ще се редуцира до течност и ще се върне обратно към първоначалната позиция по вътрешната стена на топлинната тръба чрез капилярно действие, завършвайки цикъл след цикъл на пренос на топлина.

За дизайна на термичния модул на лаптоп, колкото по-груб е диаметърът и колкото повече е броят на топлинните тръби, толкова по-висока е ефективността на топлопроводимостта. Въпреки това, за да се намали горещата пара в кондензационната секция на топлинната тръба до течност за най-кратко време, се поставят по-високи изисквания и за охлаждащите ребра.

Охлаждащите ребра се класифицират като "пасивни охлаждащи елементи" в областта на електронното инженерно проектиране. Материалът му е основно алуминий и мед. Неговият принцип на работа е да разсейва топлината, пренесена от топлинната тръба под формата на конвекция. Ефективността на разсейване на топлината зависи от площта на повърхността.

Трябва да се отбележи, че охлаждащите ребра не могат да съществуват самостоятелно. Група охлаждащи ребра трябва да съответства на охлаждащ вентилатор и съответен изход за охлаждане. За лаптопи, оборудвани с 15W или по-висок TDP процесор, охлаждащите перки изобщо не могат да поемат топлината, излъчвана от чипа. Тази топлина трябва да се отвежда от вентилатора през студения въздух, вдишван отвън!