Sviluppo e applicazione della camera a vapore

Con l'emergere e il rapido sviluppo della tecnologia di comunicazione mobile di quinta generazione (tecnologia 5G), i prodotti elettronici, in particolare smartphone, tablet e altri prodotti, si stanno muovendo sempre più verso prestazioni elevate, alta integrazione e miniaturizzazione, con conseguente flusso di calore elevatissimo densità in spazi estremamente ristretti. Essendo un efficiente elemento di trasferimento del calore, la camera di vapore ha le caratteristiche di bassa resistenza termica e temperatura uniforme ed è ampiamente utilizzata nel modulo di dissipazione del calore di apparecchiature ad alto flusso di calore.

Il progresso dell'industria elettronica ha portato allo sviluppo di prodotti elettronici verso dimensioni ridotte e elevata integrazione, con conseguente maggiore consumo energetico dei componenti elettronici. Ad esempio, la dissipazione stimata degli amplificatori bandgap in ambito militare e aerospaziale supera i 1000 W/cm2. I dissipatori di calore ordinari non sono più in grado di soddisfare le esigenze di dissipazione del calore ad alta densità di flusso di calore. Due tipi di dissipatori di calore azionati da capillari, come tubi di calore, tubi di calore piatti e camera di vapore, hanno dimostrato di essere i dispositivi di raffreddamento passivo più efficaci tra i due dispositivi di raffreddamento. Presentano vantaggi come una forte conduttività termica, un buon effetto di equalizzazione della temperatura e una forte adattabilità strutturale. Le camere a vapore sono diventate un punto caldo di ricerca per molti studiosi in patria e all'estero grazie alle loro elevate prestazioni di dissipazione del calore.

Allo stato attuale, i metodi di dissipazione del calore utilizzati per i dispositivi elettronici includono principalmente la dissipazione del calore della grafite, la dissipazione del calore del grafene, la dissipazione del calore del gel a conduzione termica, il raffreddamento del calore del tubo termico, il raffreddamento della camera di vapore ecc., come mostrato nella Tabella 1. Tra questi, la dissipazione del calore della grafite , la dissipazione del calore del grafene e la dissipazione del calore del gel termoconduttivo appartengono a materiali di dissipazione del calore con effetto di dissipazione del calore limitato, utilizzati principalmente in piccoli prodotti elettronici; I tubi di calore e le piastre riscaldanti sono componenti di dissipazione del calore con elevata efficienza di dissipazione del calore e vengono utilizzati principalmente in apparecchiature elettroniche di grandi e medie dimensioni. Sebbene sia i tubi di calore che la camera di vapore utilizzino il cambiamento di fase per ottenere la dissipazione del calore, comprese quattro fasi principali di conduzione, evaporazione, convezione e condensazione, i loro metodi di conduzione del calore sono diversi. I tubi di calore sono un trasferimento di calore unidimensionale, mentre le piastre di immersione sono un trasferimento di calore bidimensionale, con un'area di contatto più ampia con il mezzo di dissipazione del calore, dissipazione del calore più uniforme e migliore adattabilità alle esigenze delle applicazioni in campi come i dispositivi elettronici miniaturizzati nell’era del 5G. Studi correlati hanno dimostrato che le prestazioni di un dissipatore di calore con una piastra termica uniforme sono superiori dal 20% al 30% rispetto a quelle di un tubo termico, il che può migliorare ulteriormente l'efficienza della conduttività termica.

La camera di vapore è costituita da un guscio tubolare sigillato, un nucleo poroso che assorbe il liquido e un fluido di lavoro. Il fluido di lavoro liquido assorbe calore ed evapora all'estremità di evaporazione, quindi viene trasportato in forma gassosa all'estremità di condensazione nella cavità, dove rilascia calore e condensa. Il fluido di lavoro liquido condensato viene guidato dalla forza capillare e trasportato nuovamente all'estremità di evaporazione attraverso un nucleo di aspirazione poroso. In questo ciclo, la piastra riscaldante può funzionare in modo indipendente senza azionamento esterno, completando così un efficiente trasferimento di calore. La piastra di immersione può essere divisa in due tipi in base alla direzione del trasferimento di calore, e i due tipi di camera di vapore trasferiscono il calore lungo le direzioni dello spessore e della lunghezza. La prima può rimuovere più calore attraverso una condensazione su larga scala; Quest'ultimo può trasmettere su lunghe distanze e mantenere ottime prestazioni di uniformità della temperatura. La camera di vapore è principalmente divisa in camera di vapore standard (maggiore o uguale a 2 mm), camera di vapore ultrasottile (<2mm), and extreme ultra-thin vapor chamber (≤ 0.6mm) according to different thicknesses.

L'applicazione delle camere a vapore può essere suddivisa in due categorie in base a diversi ambienti applicativi, vale a dire applicazioni per l'ambiente terrestre e applicazioni per l'ambiente aerospaziale. Il primo si trova in un ambiente a gravità, come stazioni base 5G, prodotti elettronici come telefoni cellulari e computer, raffreddamento elettronico automobilistico, ecc., mentre il secondo si trova in un ambiente a gravità zero, microgravità o supergravità, come nel settore aerospaziale. campo.

I componenti elettronici generano una grande quantità di calore in un volume ridotto e un'efficace dissipazione del calore è diventata una delle principali difficoltà nell'ulteriore sviluppo tecnologico. Rispetto ai tradizionali tubi di calore, la piastra termica uniforme, come nuovo tipo di dispositivo di conduzione del calore, può contattare direttamente la fonte di calore e trasferire uniformemente il calore in tutte le direzioni. Ha prestazioni di conduzione del calore efficienti e uniformi ed è ampiamente utilizzato in settori quali l'elettronica, l'aerospaziale e i veicoli a nuova energia.