Uma poderosa solução térmica para resfriamento de comunicação 5G

A dissipação de calor é um elo importante para garantir a operação segura e confiável de dispositivos e produtos eletrônicos a longo prazo. Como o campo mais densamente utilizado para dispositivos de dissipação de calor, como chips, o desenvolvimento da tecnologia de comunicação e informação promoveu a dissipação de calor ou o design térmico para se tornar uma indústria sistemática. A pesquisa e o desenvolvimento nas áreas de energia, segurança, eletrônicos de consumo, automotivo, LED, etc. também enfatizam cada vez mais o desempenho térmico dos produtos, a fim de ter mais vantagens na competitividade do mercado. Atualmente, os produtos de comunicação e informação 5G estão a desenvolver-se visando os objetivos de maior capacidade, maior desempenho, eficiência energética e baixo ruído. O nível de integração de dispositivos está aumentando, com funções de chip único mais poderosas e aumento significativo no consumo de energia. No entanto, a disposição está a tornar-se mais compacta e a densidade do fluxo de calor duplicou, colocando sérios desafios à tecnologia térmica.

Os sistemas térmicos tradicionais dependem principalmente de materiais monofásicos para conduzir o calor do dispositivo para a superfície do dissipador de calor e, em seguida, dissipar o calor para o ambiente através de convecção natural (sistema de resfriamento natural) ou convecção forçada (sistema de resfriamento de ar forçado) por ar. A eficiência da condução de calor depende e também é limitada pela condutividade térmica inerente ao material.
A tecnologia de transferência de calor por mudança de fase representada por tubos de calor e VC (Câmara de Vapor) utiliza o meio para evaporar na área aquecida e condensar na área resfriada, enquanto absorve ou libera o calor latente correspondente da mudança de fase, circulando alternadamente para alcançar uma rápida difusão ou migração de calor. A absorção e liberação de calor latente é um processo rápido e eficiente e, ao usar a transferência de calor bifásica, geralmente são selecionados fluidos de trabalho com maior calor latente, resultando em uma eficiência de transferência de calor muito alta. A condutividade térmica equivalente pode atingir mais de 2.000 W/m · K

A Câmara de Vapor é atualmente o produto de transferência de calor de mudança de fase mais amplamente utilizado nas indústrias de comunicação e eletrônica, com processos maduros além dos tubos de calor. Um VC típico é uma forma plana e fechada, consistindo de um invólucro, estrutura capilar, estrutura de suporte e fluido de trabalho. Através da evaporação, condensação e transporte capilar do fluido de trabalho, consegue-se uma condução eficiente de calor, espalhando o calor da área concentrada para todo o plano estrutural.

Graças às vantagens das características capilares de grande área e da difusão térmica bidimensional ou mesmo tridimensional, o VC tem uma maior capacidade de transporte de fluxo de calor, especialmente para resfriar dispositivos eletrônicos com densidades de fluxo de calor superiores a 50W/cm2. O efeito de equalização de temperatura é significativamente melhor do que substratos de dissipação de calor de metal puro ou de tubo de calor incorporado, o que pode melhorar muito a eficiência dos dissipadores de calor. Sob a tendência de desenvolvimento de densidade de fluxo de calor de chip superior a 100W/cm2, o VC é, sem dúvida, uma tecnologia chave para apoiar a atualização de desempenho de equipamentos de comunicação.

O VC de maior desempenho geralmente corresponde à densificação da estrutura capilar local na zona de evaporação correspondente à localização da fonte de calor. Além de aumentar a força capilar e o refluxo de líquido, a superfície dessas estruturas capilares também expande a área de evaporação e aumenta a taxa de evaporação. Nesta perspectiva, o design também inclui uma camada de material capilar cobrindo a parte externa da estrutura metálica pura criptografada. Como os metais puros, especialmente o cobre puro, têm uma condutividade térmica mais alta do que as estruturas capilares, o metal puro interno conduz o calor para a estrutura capilar da superfície com mais eficiência e a resistência dos metais puros também é melhor. Existem várias formas de projeto deste tipo, e a capacidade de transporte do fluxo de calor VC pode atingir 30-100W/cm2.

Com a tendência de desenvolvimento de chips de alto consumo de energia e alta densidade de fluxo de calor, há uma demanda maior pelo desempenho de equalização de temperatura do VC. O projeto de otimização do VC deve melhorar o desempenho capilar e, ao mesmo tempo, aumentar a eficiência da condução de calor e do transporte gás-líquido de múltiplos aspectos de materiais e estruturas, reduzindo significativamente a resistência térmica do VC. Só então a diferença de temperatura da fonte de calor para a superfície fria do VC ainda pode ser comparável ao nível de corrente sob condições de aplicação de baixa densidade de fluxo de calor, mesmo quando a densidade de fluxo de calor de trabalho é duplicada ou mesmo multiplicada.