Zmogljiva toplotna rešitev za hlajenje komunikacije 5G
Odvajanje toplote je pomemben člen pri zagotavljanju dolgoročnega varnega in zanesljivega delovanja elektronskih naprav in izdelkov. Kot najgosteje uporabljeno področje za naprave za odvajanje toplote, kot so čipi, je razvoj komunikacijske in informacijske tehnologije spodbudil odvajanje toplote ali toplotno zasnovo, da postane sistematična industrija. Raziskave in razvoj na področjih energetike, varnosti, potrošniške elektronike, avtomobilske industrije, LED itd. vedno bolj poudarjajo toplotno učinkovitost izdelkov, da bi imeli več prednosti pri konkurenčnosti na trgu. Trenutno se komunikacijski in informacijski izdelki 5G razvijajo v smeri ciljev večje zmogljivosti, višje zmogljivosti, energetske učinkovitosti in nizkega šuma. Raven integracije naprav se povečuje z zmogljivejšimi funkcijami enega samega čipa in znatno povečano porabo energije. Vendar postaja postavitev bolj kompaktna, gostota toplotnega toka pa se je podvojila, kar predstavlja resne izzive za toplotno tehnologijo.
Tradicionalni toplotni sistemi se v glavnem zanašajo na enofazne materiale za prevajanje toplote od naprave do površine hladilnega telesa in nato odvajajo toploto v okolje z naravno konvekcijo (naravni hladilni sistem) ali prisilno konvekcijo (prisilni zračni hladilni sistem) z zrak. Učinkovitost prevodnosti toplote je odvisna in tudi omejena z inherentno toplotno prevodnostjo materiala.
Tehnologija prenosa toplote s fazno spremembo, ki jo predstavljajo toplotne cevi in VC (Vapor Chamber), uporablja medij za izhlapevanje v ogrevanem območju in kondenzacijo v ohlajenem območju, medtem ko absorbira ali sprošča ustrezno latentno toploto fazne spremembe, ki izmenično kroži, da doseže hitro difuzijo. ali migracija toplote. Absorpcija in sproščanje latentne toplote je hiter in učinkovit proces, pri uporabi dvofaznega prenosa toplote pa se običajno izberejo delovne tekočine z višjo latentno toploto, kar ima za posledico zelo visoko učinkovitost prenosa toplote. Ekvivalentna toplotna prevodnost lahko doseže več kot 2000 W/m·K
Parna komora je trenutno najpogosteje uporabljen proizvod za prenos toplote s fazno spremembo v komunikacijski in elektronski industriji, z zrelimi postopki, razen toplotnih cevi. Tipičen VC je ploščata zaprta oblika, sestavljena iz lupine, kapilarne strukture, nosilne strukture in delovne tekočine. Z izhlapevanjem, kondenzacijo in kapilarnim transportom delovne tekočine se doseže učinkovito prevajanje toplote, ki širi toploto iz koncentriranega območja na celotno konstrukcijsko ravnino.
Zahvaljujoč prednostim velikopovršinskih kapilarnih karakteristik in dvodimenzionalne ali celo tridimenzionalne toplotne difuzije ima VC višjo nosilnost toplotnega toka, zlasti za hlajenje elektronskih naprav z gostoto toplotnega toka nad 50 W/cm2. Učinek izenačevanja temperature je bistveno boljši od čiste kovine ali vgrajenih substratov za odvajanje toplote toplotnih cevi, kar lahko močno izboljša učinkovitost odvodov toplote. Pod razvojnim trendom gostote toplotnega toka čipov, ki presega 100 W/cm2, je VC nedvomno ključna tehnologija, ki podpira nadgradnjo zmogljivosti komunikacijske opreme.
Višja zmogljivost VC pogosto ustreza lokalni zgoščenosti kapilarne strukture v območju izhlapevanja, ki ustreza lokaciji vira toplote. Poleg povečanja kapilarne sile in refluksa tekočine površina teh kapilarnih struktur razširi tudi območje izhlapevanja in poveča stopnjo izhlapevanja. S tega vidika zasnova vključuje tudi plast kapilarnega materiala, ki pokriva zunanji del šifrirane čiste kovinske strukture. Ker imajo čiste kovine, zlasti čisti baker, večjo toplotno prevodnost kot kapilarne strukture, notranja čista kovina učinkoviteje prevaja toploto na površinsko kapilarno strukturo, boljša pa je tudi trdnost čistih kovin. Obstajajo različne izvedbene oblike te vrste, nosilnost toplotnega toka VC pa lahko doseže 30-100 W/cm2.
Zaradi razvojnega trenda visoke porabe energije in čipov z visoko gostoto toplotnega toka obstaja večje povpraševanje po zmogljivosti izenačevanja temperature VC. Optimizacijska zasnova VC mora izboljšati kapilarno zmogljivost, hkrati pa povečati učinkovitost toplotne prevodnosti in transporta plin-tekočina iz več vidikov materialov in struktur, s čimer se bistveno zmanjša toplotni upor VC. Samo takrat je lahko temperaturna razlika od vira toplote do hladne površine VC še vedno primerljiva s trenutno ravnjo v pogojih uporabe z nizko gostoto toplotnega toka, tudi če se delovna gostota toplotnega toka podvoji ali celo pomnoži.
