Una potente solución térmica para la refrigeración de las comunicaciones 5G
La disipación de calor es un vínculo importante para garantizar el funcionamiento seguro y confiable a largo plazo de los dispositivos y productos electrónicos. Como el campo más utilizado para dispositivos de disipación de calor, como chips, el desarrollo de la tecnología de la información y las comunicaciones ha promovido que la disipación de calor o el diseño térmico se convierta en una industria sistemática. La investigación y el desarrollo en los campos de la energía, la seguridad, la electrónica de consumo, la automoción, los LED, etc. también están haciendo cada vez más hincapié en el rendimiento térmico de los productos para tener más ventajas en la competitividad del mercado. Actualmente, los productos de información y comunicación 5G se están desarrollando hacia objetivos de mayor capacidad, mayor rendimiento, eficiencia energética y bajo nivel de ruido. El nivel de integración de dispositivos está aumentando, con funciones de un solo chip más potentes y un consumo de energía significativamente mayor. Sin embargo, el diseño se está volviendo más compacto y la densidad del flujo de calor se ha duplicado, lo que plantea graves desafíos a la tecnología térmica.
Los sistemas térmicos tradicionales dependen principalmente de materiales monofásicos para conducir el calor desde el dispositivo a la superficie del disipador de calor y luego disipar el calor al medio ambiente mediante convección natural (sistema de enfriamiento natural) o convección forzada (sistema de enfriamiento por aire forzado) mediante aire. La eficiencia de la conducción de calor depende y también está limitada por la conductividad térmica inherente del material.
La tecnología de transferencia de calor por cambio de fase representada por tubos de calor y VC (cámara de vapor) utiliza el medio para evaporarse en el área calentada y condensarse en el área enfriada, mientras absorbe o libera el correspondiente calor latente de cambio de fase, circulando alternativamente para lograr una rápida difusión. o migración de calor. La absorción y liberación de calor latente es un proceso rápido y eficiente, y cuando se utiliza transferencia de calor de dos fases, generalmente se seleccionan fluidos de trabajo con mayor calor latente, lo que resulta en una eficiencia de transferencia de calor muy alta. La conductividad térmica equivalente puede alcanzar más de 2000 W/m·K.
La cámara de vapor es actualmente el producto de transferencia de calor por cambio de fase más utilizado en las industrias de comunicaciones y electrónica, con procesos maduros distintos de los tubos de calor. Un VC típico es una forma plana cerrada, que consta de una carcasa, una estructura capilar, una estructura de soporte y un fluido de trabajo. Mediante la evaporación, condensación y transporte capilar del fluido de trabajo se consigue una conducción eficiente del calor, difundiendo el calor desde la zona concentrada a todo el plano estructural.
Gracias a las ventajas de las características capilares de gran superficie y la difusión térmica bidimensional o incluso tridimensional, el VC tiene una mayor capacidad de carga de flujo de calor, especialmente para enfriar dispositivos electrónicos con densidades de flujo de calor superiores a 50 W/cm2. El efecto de ecualización de temperatura es significativamente mejor que el metal puro o los sustratos de disipación de calor integrados en tubos de calor, lo que puede mejorar en gran medida la eficiencia de los disipadores de calor. Bajo la tendencia de desarrollo de una densidad de flujo de calor de chip superior a 100 W/cm2, VC es sin duda una tecnología clave que respalda la mejora del rendimiento de los equipos de comunicación.
Un mayor rendimiento de VC a menudo corresponde a la densificación de la estructura capilar local en la zona de evaporación correspondiente a la ubicación de la fuente de calor. Además de mejorar la fuerza capilar y el reflujo de líquido, la superficie de estas estructuras capilares también expande el área de evaporación y aumenta la tasa de evaporación. Desde esta perspectiva, el diseño también incluye una capa de material capilar que cubre la parte exterior de la estructura de metal puro encriptada. Debido a que los metales puros, especialmente el cobre puro, tienen una conductividad térmica más alta que las estructuras capilares, el metal puro interno conduce el calor a la estructura capilar de la superficie de manera más eficiente y la resistencia de los metales puros también es mejor. Hay varias formas de diseño de este tipo y la capacidad de carga del flujo de calor del VC puede alcanzar 30-100W/cm2.
Con la tendencia de desarrollo de chips de alto consumo de energía y alta densidad de flujo de calor, existe una mayor demanda para el rendimiento de ecualización de temperatura de VC. El diseño de optimización de VC debe mejorar el rendimiento capilar al tiempo que mejora la eficiencia de la conducción de calor y el transporte gas-líquido desde múltiples aspectos de los materiales y estructuras, reduciendo así significativamente la resistencia térmica de VC. Sólo entonces la diferencia de temperatura entre la fuente de calor y la superficie fría de VC puede seguir siendo comparable al nivel actual en condiciones de aplicación de baja densidad de flujo de calor, incluso cuando la densidad de flujo de calor de trabajo se duplica o incluso se multiplica.
