Aplicação de heatpipe e câmara de vapor em celular 5G

Da era 4G à era 5G, houve uma melhoria significativa no desempenho dos chips dos smartphones, nas taxas de transmissão de dados, nos módulos RF e em outros recursos. Carregamento sem fio, NFC e outras funções tornaram-se gradualmente equipamentos padrão, e a pressão de dissipação de calor nos telefones celulares continua a crescer. Devido ao aumento contínuo de indicadores como integração, densidade de potência e densidade de montagem, os dispositivos eletrónicos na era 5G estão a registar um aumento acentuado no consumo de energia operacional e na geração de calor, enquanto o seu desempenho continua a melhorar. De acordo com as estatísticas, as falhas de materiais causadas pela concentração térmica em dispositivos eletrônicos são responsáveis ​​por 65-80% da eficiência total de falhas. Para evitar falhas do dispositivo causadas por superaquecimento, graxa de silicone condutora térmica, gel condutor térmico, folha condutora térmica de grafite, tubo de calor, câmara de vapor e outras tecnologias surgiram e continuaram a evoluir. O gerenciamento da dissipação de calor tornou-se uma escolha importante para dispositivos eletrônicos na era 5G.

De modo geral, existem duas maneiras de os dispositivos eletrônicos dissiparem o calor: resfriamento ativo (para reduzir o calor espontâneo do telefone) e resfriamento passivo (para acelerar a dissipação de calor para fora). Entre eles, o resfriamento ativo utiliza principalmente componentes de energia não relacionados ao elemento de aquecimento para dissipar o calor à força, o que geralmente é aplicado a dispositivos eletrônicos de alta densidade de potência e relativamente grandes, como ventiladores equipados em computadores desktop e laptops, e resfriamento refrigerado a líquido para dados servidores centrais; A dissipação de calor passiva libera principalmente o calor gerado pelos componentes no ambiente por meio de materiais e dispositivos condutores térmicos. É um método de dissipação de calor sem a participação de componentes de energia e é amplamente utilizado em telefones celulares, tablets, smartwatches, estações base externas, etc.

Atualmente, as tecnologias térmicas usadas em dispositivos eletrônicos incluem principalmente materiais condutores térmicos, como dissipação de calor de grafite, backplane de metal, dissipação de calor de estrutura, dissipação de calor de gel condutor térmico e dispositivos condutores térmicos, como tubos de calor e VC. Entre eles, gel condutor térmico, graxa de silicone condutora térmica, folha de grafite e folha de metal são usados ​​principalmente em produtos eletrônicos de pequeno e médio porte, enquanto tubos de calor e VC são usados ​​principalmente em dispositivos eletrônicos de grande e médio porte, como laptops, computadores e servidores.

Os tubos de calor e a câmara de vapor utilizam as propriedades rápidas de transferência de calor da condução de calor e dos meios de resfriamento, resultando em um aumento de condutividade térmica de mais de 10 vezes em comparação com materiais de metal e grafite. Como uma solução emergente de tecnologia de resfriamento, eles têm sido amplamente utilizados na área de smartphones nos últimos anos. Entre eles, a condutividade térmica do tubo de calor varia de 10.000 a 100.000 W/mK, que é 20 vezes maior que a do filme de cobre puro e 10 vezes maior que a do filme de grafite multicamadas; Como uma atualização da tecnologia de tubos de calor, a câmara de vapor melhora ainda mais a condutividade térmica.

Um tubo de calor é geralmente composto de um invólucro, um núcleo de sucção e uma tampa de extremidade, que puxa o interior do tubo para 1,3 × Após uma pressão de (10-10-2) Pa, preencha uma quantidade apropriada de líquido de trabalho para encha o material poroso capilar do núcleo de sucção firmemente contra a parede interna do tubo com líquido e sele-o. Uma extremidade do tubo é a seção de evaporação (seção de aquecimento) e a outra extremidade é a seção de condensação (seção de resfriamento). Uma seção de isolamento pode ser disposta entre as duas seções de acordo com as necessidades da aplicação. O núcleo de sucção adota material microporoso capilar, que utiliza sucção capilar (gerada pela tensão superficial do líquido) para refluxar o líquido. O líquido dentro do tubo absorve calor e evapora na seção de absorção de calor, condensa e reflui na seção de resfriamento e circula o calor para longe.

O princípio de funcionamento da câmara vpaor é semelhante ao de um tubo de calor, que também inclui quatro etapas principais: condução, evaporação, convecção e condensação. A principal diferença entre os dois reside nas diferentes formas de condução de calor. O modo de condução de calor de um tubo de calor é unidimensional, que é um modo de condução de calor linear, enquanto o modo de condução de calor da câmara vpaor é bidimensional, que é um modo de condução de calor superficial. Em comparação com os tubos de calor, a área de contato entre a placa homogeneizadora, a fonte de calor e o meio de dissipação de calor é maior, o que pode tornar a temperatura da superfície mais uniforme; Em segundo lugar, o uso da câmara vpaor pode entrar em contato direto com a fonte de calor e o equipamento para reduzir a resistência térmica, enquanto o tubo de calor precisa ser incorporado a um substrato entre a fonte de calor e o tubo de calor; Por fim, a câmara vpaor é mais leve e mais adaptável à tendência de telemóveis integrados e leves. Estudos relacionados mostraram que o desempenho dos radiadores VC é melhorado em 20% a 30% em comparação com os tubos de calor.

Embora a condutividade térmica dos tubos de calor e da câmara de vapor seja maior, o princípio é acelerar a transferência de calor dos componentes de aquecimento do telefone para o ambiente. O efeito térmico final ainda depende da convecção térmica entre o material térmico e o ar. Portanto, as características térmicas dos materiais térmicos têm um impacto inegável no efeito térmico dos telefones celulares. Atualmente, a solução geral de "dissipador de calor (filme de grafeno/folha de grafite) + tubo de calor/câmara de vapor" é gradualmente reconhecida pelo mercado.