Una potente soluzione termica per il raffreddamento delle comunicazioni 5G
La dissipazione del calore è un anello importante per garantire il funzionamento sicuro e affidabile a lungo termine di dispositivi e prodotti elettronici. Essendo il campo più densamente utilizzato per i dispositivi di dissipazione del calore come i chip, lo sviluppo della tecnologia della comunicazione e dell'informazione ha promosso la dissipazione del calore o la progettazione termica fino a diventare un settore sistematico. Anche la ricerca e lo sviluppo nei settori dell'energia, della sicurezza, dell'elettronica di consumo, dell'automotive, dei LED, ecc. stanno enfatizzando sempre più le prestazioni termiche dei prodotti per avere maggiori vantaggi nella competitività sul mercato. Attualmente, i prodotti di comunicazione e informazione 5G si stanno sviluppando verso obiettivi di maggiore capacità, prestazioni più elevate, efficienza energetica e bassa rumorosità. Il livello di integrazione dei dispositivi è in aumento, con funzioni a chip singolo più potenti e un consumo energetico significativamente maggiore. Tuttavia, il layout sta diventando più compatto e la densità del flusso di calore è raddoppiata, ponendo sfide difficili alla tecnologia termica.
I sistemi termici tradizionali si basano principalmente su materiali monofase per condurre il calore dal dispositivo alla superficie del dissipatore di calore e quindi dissipare il calore nell'ambiente attraverso convezione naturale (sistema di raffreddamento naturale) o convezione forzata (sistema di raffreddamento ad aria forzata) mediante aria. L'efficienza della conduzione del calore dipende ed è anche limitata dalla conduttività termica intrinseca del materiale.
La tecnologia di trasferimento di calore a cambiamento di fase rappresentata da tubi di calore e VC (Vapor Chamber) utilizza il mezzo per evaporare nell'area riscaldata e condensare nell'area raffreddata, assorbendo o rilasciando il corrispondente calore latente del cambiamento di fase, circolando alternativamente per ottenere una rapida diffusione o migrazione di calore. L'assorbimento e il rilascio del calore latente è un processo rapido ed efficiente e, quando si utilizza il trasferimento di calore a due fasi, vengono solitamente selezionati fluidi di lavoro con calore latente più elevato, con conseguente efficienza di trasferimento di calore molto elevata. La conducibilità termica equivalente può raggiungere oltre 2000 W/m · K
La Vapor Chamber è attualmente il prodotto di trasferimento termico a cambiamento di fase più utilizzato nei settori delle comunicazioni e dell'elettronica, con processi maturi diversi dai tubi di calore. Un tipico VC è una forma piatta e chiusa, costituita da un guscio, una struttura capillare, una struttura di supporto e un fluido di lavoro. Attraverso l'evaporazione, la condensazione e il trasporto capillare del fluido di lavoro, si ottiene un'efficiente conduzione del calore, diffondendo il calore dall'area concentrata all'intero piano strutturale.
Grazie ai vantaggi delle caratteristiche capillari di ampia area e della diffusione termica bidimensionale o addirittura tridimensionale, VC ha una maggiore capacità di trasporto del flusso di calore, in particolare per il raffreddamento di dispositivi elettronici con densità di flusso di calore superiori a 50 W/cm2. L'effetto di equalizzazione della temperatura è significativamente migliore rispetto ai substrati di dissipazione del calore in metallo puro o con tubi di calore incorporati, che possono migliorare notevolmente l'efficienza dei dissipatori di calore. Nel contesto del trend di sviluppo di una densità del flusso termico dei chip superiore a 100 W/cm2, VC è senza dubbio una tecnologia chiave a supporto dell'aggiornamento delle prestazioni delle apparecchiature di comunicazione.
Prestazioni più elevate VC spesso corrispondono alla densificazione locale della struttura capillare nella zona di evaporazione corrispondente alla posizione della fonte di calore. Oltre a migliorare la forza capillare e il reflusso del liquido, la superficie di queste strutture capillari espande anche l'area di evaporazione e aumenta la velocità di evaporazione. Da questo punto di vista, il design prevede anche uno strato di materiale capillare che ricopre la parte esterna della struttura in metallo puro criptato. Poiché i metalli puri, in particolare il rame puro, hanno una conduttività termica maggiore rispetto alle strutture capillari, il metallo puro interno conduce il calore alla struttura capillare superficiale in modo più efficiente e anche la resistenza dei metalli puri è migliore. Esistono varie forme di progettazione di questo tipo e la capacità di trasporto del flusso di calore VC può raggiungere 30-100W/cm2.
Con la tendenza allo sviluppo di un elevato consumo energetico e di chip ad alta densità di flusso termico, c'è una maggiore domanda per le prestazioni di equalizzazione della temperatura di VC. Il progetto di ottimizzazione del VC deve migliorare le prestazioni capillari migliorando al tempo stesso l'efficienza della conduzione del calore e del trasporto gas-liquido da molteplici aspetti di materiali e strutture, riducendo così in modo significativo la resistenza termica del VC. Solo allora la differenza di temperatura dalla fonte di calore alla superficie fredda del VC può ancora essere paragonabile al livello attuale in condizioni di applicazione a bassa densità di flusso di calore, anche quando la densità di flusso di calore di lavoro è raddoppiata o addirittura moltiplicata.
