Applicazione di heatpipe e camera di vapore nel telefono cellulare 5G

Dall’era 4G all’era 5G, c’è stato un miglioramento significativo nelle prestazioni dei chip degli smartphone, nella velocità di trasmissione dei dati, nei moduli RF e in altre funzionalità. La ricarica wireless, l'NFC e altre funzioni sono gradualmente diventate apparecchiature standard e la pressione sulla dissipazione del calore sui telefoni cellulari continua a crescere. A causa del continuo aumento di indicatori quali integrazione, densità di potenza e densità di assemblaggio, i dispositivi elettronici nell’era 5G stanno registrando un forte aumento del consumo energetico operativo e della generazione di calore, mentre le loro prestazioni continuano a migliorare. Secondo le statistiche, i guasti dei materiali causati dalla concentrazione termica nei dispositivi elettronici rappresentano il 65-80% dell'efficienza totale dei guasti. Per evitare guasti al dispositivo causati dal surriscaldamento, sono emersi e hanno continuato ad evolversi il grasso siliconico termoconduttivo, il gel termoconduttivo, il foglio termoconduttivo in grafite, il tubo termico, la camera di vapore e altre tecnologie. La gestione della dissipazione del calore è diventata una scelta importante per i dispositivi elettronici nell’era 5G.

In generale, i dispositivi elettronici hanno due modi per dissipare il calore: raffreddamento attivo (per ridurre il calore spontaneo del telefono) e raffreddamento passivo (per accelerare la dissipazione del calore verso l'esterno). Tra questi, il raffreddamento attivo utilizza principalmente componenti di potenza non correlati all'elemento riscaldante per dissipare forzatamente il calore, che viene generalmente applicato a dispositivi elettronici ad alta densità di potenza e relativamente grandi, come ventole montate su computer desktop e laptop, e raffreddamento a liquido per dati server centrali; La dissipazione passiva del calore rilascia principalmente il calore generato dai componenti nell'ambiente attraverso materiali e dispositivi termoconduttivi. È un metodo di dissipazione del calore senza la partecipazione di componenti di alimentazione ed è ampiamente utilizzato in telefoni cellulari, tablet, smartwatch, stazioni base esterne, ecc.

Attualmente, le tecnologie termiche utilizzate nei dispositivi elettronici includono principalmente materiali termoconduttivi come dissipazione del calore in grafite, backplane metallico, dissipazione del calore del telaio, dissipazione del calore del gel termoconduttivo e dispositivi conduttivi termici come tubi di calore e VC. Tra questi, il gel termoconduttivo, il grasso siliconico termoconduttivo, la lamiera di grafite e la lamiera metallica sono utilizzati principalmente in prodotti elettronici di piccole e medie dimensioni, mentre i tubi termici e VC sono utilizzati principalmente in dispositivi elettronici di grandi e medie dimensioni come laptop, computer e server.

I tubi di calore e la camera di vapore sfruttano le proprietà di trasferimento rapido del calore dei mezzi di conduzione del calore e di raffreddamento, determinando un aumento della conduttività termica di oltre 10 volte rispetto ai materiali metallici e di grafite. Essendo una soluzione tecnologica di raffreddamento emergente, negli ultimi anni sono stati ampiamente utilizzati nel campo degli smartphone. Tra questi, la conduttività termica del tubo termico varia da 10.000 a 100.000 W/mK, ovvero 20 volte quella del film di rame puro e 10 volte quella del film di grafite multistrato; Come aggiornamento della tecnologia dei tubi di calore, la camera di vapore migliora ulteriormente la conduttività termica.

Un tubo termico è generalmente composto da un guscio, un nucleo di aspirazione e un coperchio terminale, che attira l'interno del tubo in 1,3 × Dopo una pressione di (10-10-2) Pa, riempire una quantità adeguata di liquido di lavoro per riempire di liquido il materiale poroso capillare del nucleo di aspirazione contro la parete interna del tubo e sigillarlo. Un'estremità del tubo è la sezione di evaporazione (sezione di riscaldamento) e l'altra estremità è la sezione di condensazione (sezione di raffreddamento). Tra le due sezioni può essere predisposta una sezione di isolamento a seconda delle esigenze applicative. Il nucleo di aspirazione adotta materiale microporoso capillare, che utilizza l'aspirazione capillare (generata dalla tensione superficiale del liquido) per far rifluire il liquido. Il liquido all'interno del tubo assorbe il calore ed evapora nella sezione di assorbimento del calore, si condensa e rifluisce nella sezione di raffreddamento e fa circolare il calore.

Il principio di funzionamento della camera vpaor è simile a quello di un tubo termico, che comprende anche quattro fasi principali: conduzione, evaporazione, convezione e condensazione. La differenza principale tra i due risiede nei diversi modi di conduzione del calore. La modalità di conduzione del calore di un tubo termico è unidimensionale, ovvero una modalità di conduzione del calore lineare, mentre la modalità di conduzione del calore della camera vpaor è bidimensionale, ovvero una modalità di conduzione del calore superficiale. Rispetto ai tubi di calore, l'area di contatto tra la piastra di omogeneizzazione, la fonte di calore e il mezzo di dissipazione del calore è maggiore, il che può rendere la temperatura superficiale più uniforme; In secondo luogo, l'utilizzo della camera vpaor può entrare in contatto diretto con la fonte di calore e l'attrezzatura per ridurre la resistenza termica, mentre il tubo di calore deve essere incorporato con un substrato tra la fonte di calore e il tubo di calore; Infine, la camera vpaor è più leggera e più adattabile alla tendenza dei telefoni cellulari integrati e leggeri. Studi correlati hanno dimostrato che le prestazioni dei radiatori VC sono migliorate dal 20% al 30% rispetto ai tubi di calore.

Sebbene la conduttività termica dei tubi di calore e della camera di vapore sia maggiore, il principio è quello di accelerare il trasferimento di calore dai componenti riscaldanti del telefono all'ambiente. L'effetto termico finale dipende ancora dalla convezione termica tra il materiale termico e l'aria. Pertanto, le caratteristiche termiche dei materiali termici hanno un impatto innegabile sull'effetto termico dei telefoni cellulari. Allo stato attuale, la soluzione complessiva di "dissipatore di calore (pellicola di grafene/foglio di grafite)+tubo di calore/camera di vapore" viene gradualmente riconosciuta dal mercato.