En kraftfuld termisk løsning til 5G kommunikationskøling
Varmeafledning er et vigtigt led i at sikre langsigtet sikker og pålidelig drift af elektroniske enheder og produkter. Som det mest tætte anvendte felt for varmeafledningsenheder såsom chips, har udviklingen af kommunikations- og informationsteknologi fremmet varmeafledning eller termisk design til at blive en systematisk industri. Forskning og udvikling inden for strømforsyning, sikkerhed, forbrugerelektronik, bilindustrien, LED osv. lægger også i stigende grad vægt på produkternes termiske ydeevne for at få flere fordele i markedets konkurrenceevne. I øjeblikket udvikles 5G-kommunikations- og informationsprodukter mod målene om større kapacitet, højere ydeevne, energieffektivitet og lavt støjniveau. Niveauet af enhedsintegration er stigende, med mere kraftfulde single-chip funktioner og markant øget strømforbrug. Layoutet bliver dog mere kompakt, og varmefluxtætheden er fordoblet, hvilket udgør alvorlige udfordringer for termisk teknologi.
Traditionelle termiske systemer er hovedsageligt afhængige af enfasede materialer til at lede varme fra enheden til overfladen af kølepladen og derefter sprede varmen til miljøet gennem naturlig konvektion (naturligt kølesystem) eller tvungen konvektion (tvungen luftkølesystem) luft. Effektiviteten af varmeledning afhænger af og er også begrænset af materialets iboende varmeledningsevne.
Faseændringsvarmeoverførselsteknologien repræsenteret af varmerør og VC (dampkammer) udnytter mediet til at fordampe i det opvarmede område og kondensere i det afkølede område, mens den absorberer eller frigiver den tilsvarende latente varme fra faseændringen, skiftevis cirkulerer for at opnå hurtig diffusion eller migration af varme. Absorption og frigivelse af latent varme er en hurtig og effektiv proces, og ved brug af tofaset varmeoverførsel vælges normalt arbejdsvæsker med højere latent varme, hvilket resulterer i en meget høj varmeoverførselseffektivitet. Den ækvivalente varmeledningsevne kan nå over 2000 W/m · K
Vapor Chamber er i øjeblikket det mest udbredte faseskifte varmeoverførselsprodukt i kommunikations- og elektronikindustrien med andre modne processer end varmerør. En typisk VC er en flad lukket form, der består af en skal, kapillarstruktur, støttestruktur og arbejdsvæske. Gennem fordampning, kondensering og kapillartransport af arbejdsvæsken opnås effektiv varmeledning, der spreder varme fra det koncentrerede område til hele strukturelle plan.
Takket være fordelene ved store kapillarkarakteristika og todimensionel eller endda tredimensionel termisk diffusion har VC en højere varmefluxbærende kapacitet, især til afkøling af elektroniske enheder med varmefluxtætheder på over 50W/cm2. Temperaturudligningseffekten er væsentligt bedre end rent metal eller indlejrede varmerørs varmeafledningssubstrater, hvilket i høj grad kan forbedre effektiviteten af køleplader. Under udviklingstendensen med chipvarmefluxtæthed, der overstiger 100W/cm2, er VC utvivlsomt en nøgleteknologi, der understøtter ydeevneopgraderingen af kommunikationsudstyr.
Højere ydeevne VC svarer ofte til den lokale kapillarstrukturfortætning i fordampningszonen svarende til varmekildens placering. Ud over at øge kapillærkraften og væsketilbageløbet udvider overfladen af disse kapillærstrukturer også fordampningsområdet og øger fordampningshastigheden. Fra dette perspektiv inkluderer designet også et lag af kapillarmateriale, der dækker den ydre del af den krypterede rene metalstruktur. Fordi rene metaller, især rent kobber, har en højere termisk ledningsevne end kapillarstrukturer, leder det indre rene metal varme til overfladens kapillarstruktur mere effektivt, og styrken af rene metaller er også bedre. Der findes forskellige designformer af denne type, og VC-varmefluxbærekapaciteten kan nå op på 30-100W/cm2.
Med udviklingstendensen med højt strømforbrug og chips med høj varmefluxtæthed er der en højere efterspørgsel efter temperaturudligningsydelsen af VC. Optimeringsdesignet af VC skal forbedre kapillarydelsen, samtidig med at effektiviteten af varmeledning og gas-væske transport fra flere aspekter af materialer og strukturer forbedres, og derved reducere den termiske modstand af VC betydeligt. Kun da kan temperaturforskellen fra varmekilden til den kolde overflade af VC stadig være sammenlignelig med det nuværende niveau under anvendelsesbetingelser med lav varmefluxtæthed, selv når arbejdsvarmefluxtætheden fordobles eller endda multipliceres.
