Desenvolvimento e aplicação de câmara de vapor

Com o surgimento e o rápido desenvolvimento da tecnologia de comunicação móvel de quinta geração (tecnologia 5G), os produtos eletrônicos, especialmente smartphones, tablets e outros produtos, estão cada vez mais avançando em direção ao alto desempenho, alta integração e miniaturização, resultando em fluxo de calor ultra-alto densidade em espaços extremamente estreitos. Por ser um elemento eficiente de transferência de calor, a câmara de vapor possui características de baixa resistência térmica e temperatura uniforme, sendo amplamente utilizada no módulo de dissipação de calor de equipamentos de alto fluxo de calor.

O progresso da indústria eletrônica levou ao desenvolvimento de produtos eletrônicos de tamanho pequeno e alta integração, resultando em maior consumo de energia dos componentes eletrônicos. Por exemplo, a dissipação estimada de amplificadores bandgap nas áreas militar e aeroespacial excede 1000W/cm2. Os dissipadores de calor comuns não podem mais atender às necessidades de dissipação de calor com alta densidade de fluxo de calor. Dois tipos de dissipadores de calor acionados por capilares, como tubos de calor, tubos de calor planos e câmara de vapor, provaram ser os dispositivos de resfriamento passivo mais eficazes entre os dois dispositivos de resfriamento. Eles têm vantagens como forte condutividade térmica, bom efeito de equalização de temperatura e forte adaptabilidade estrutural. As câmaras de vapor tornaram-se um ponto importante de pesquisa para muitos estudiosos no país e no exterior devido ao seu maior desempenho de dissipação de calor.

Atualmente, os métodos de dissipação de calor usados ​​para dispositivos eletrônicos incluem principalmente dissipação de calor de grafite, dissipação de calor de grafeno, dissipação de calor em gel de condução de calor, resfriamento de calor de tubo de calor, resfriamento de câmara de vapor, etc., conforme mostrado na Tabela 1. Entre eles, dissipação de calor de grafite , a dissipação de calor do grafeno e a dissipação de calor do gel condutor térmico pertencem a materiais de dissipação de calor com efeito de dissipação de calor limitado, usados ​​​​principalmente em pequenos produtos eletrônicos; Tubos de calor e placas de calor são componentes de dissipação de calor com alta eficiência de dissipação de calor e são usados ​​principalmente em equipamentos eletrônicos de grande e médio porte. Embora tanto os tubos de calor quanto a câmara de vapor usem mudança de fase para obter dissipação de calor, incluindo quatro etapas principais de condução, evaporação, convecção e condensação, seus métodos de condução de calor são diferentes. Os tubos de calor são transferência de calor unidimensional, enquanto as placas de imersão são transferência de calor bidimensional, com uma área de contato maior com o meio de dissipação de calor, dissipação de calor mais uniforme e melhor adaptabilidade às necessidades de aplicações em campos como dispositivos eletrônicos miniaturizados na era 5G. Estudos relacionados mostraram que o desempenho de um dissipador de calor com uma placa de calor uniforme é 20% a 30% superior ao de um tubo de calor, o que pode melhorar ainda mais a eficiência da condutividade térmica.

A câmara de vapor consiste em um invólucro de tubo selado, um núcleo absorvente de líquido poroso e um fluido de trabalho. O fluido de trabalho líquido absorve calor e evapora na extremidade de evaporação, sendo então transportado na forma gasosa até a extremidade de condensação na cavidade, onde libera calor e condensa. O fluido de trabalho líquido condensado é acionado por força capilar e transportado de volta para a extremidade de evaporação através de um núcleo de sucção poroso. Neste ciclo, a placa de aquecimento pode operar de forma independente, sem acionamento de energia externa, completando assim uma transferência de calor eficiente. A placa de imersão pode ser dividida em dois tipos de acordo com a direção da transferência de calor, e os dois tipos de câmara de vapor transferem calor ao longo das direções de espessura e comprimento. A primeira pode retirar mais calor por meio de condensação em grande escala; Este último pode transmitir por longas distâncias e manter excelente desempenho de uniformidade de temperatura. A câmara de vapor é dividida principalmente em câmara de vapor padrão (maior ou igual a 2 mm), câmara de vapor ultrafina (<2mm), and extreme ultra-thin vapor chamber (≤ 0.6mm) according to different thicknesses.

A aplicação de câmaras de vapor pode ser dividida em duas categorias com base em diferentes ambientes de aplicação, nomeadamente aplicações em ambiente terrestre e aplicações em ambiente aeroespacial. O primeiro está em um ambiente gravitacional, como estações base 5G, produtos eletrônicos, como telefones celulares e computadores, resfriamento eletrônico automotivo, etc., enquanto o último está em um ambiente de gravidade zero, microgravidade ou supergravidade, como no setor aeroespacial. campo.

Os componentes eletrônicos geram uma grande quantidade de calor em um pequeno volume, e a dissipação eficaz de calor tornou-se uma das principais dificuldades no desenvolvimento tecnológico. Em comparação com os tubos de calor tradicionais, a placa de calor uniforme, como um novo tipo de dispositivo de condução de calor, pode entrar em contato direto com a fonte de calor e transferir calor uniformemente em todas as direções. Possui desempenho de condução de calor eficiente e uniforme e é amplamente utilizado em áreas como eletrônica, aeroespacial e veículos de novas energias.