โซลูชั่นระบายความร้อนอันทรงพลังสำหรับการระบายความร้อนการสื่อสาร 5G

การกระจายความร้อนเป็นส่วนสำคัญในการรับประกันการทำงานของอุปกรณ์และผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้ในระยะยาว เนื่องจากเป็นพื้นที่ที่มีการใช้งานหนาแน่นที่สุดสำหรับอุปกรณ์กระจายความร้อน เช่น ชิป การพัฒนาด้านการสื่อสารและเทคโนโลยีสารสนเทศได้ส่งเสริมการกระจายความร้อนหรือการออกแบบการระบายความร้อนให้กลายเป็นอุตสาหกรรมที่เป็นระบบ การวิจัยและพัฒนาในด้านพลังงาน ความปลอดภัย เครื่องใช้ไฟฟ้า ยานยนต์ LED ฯลฯ ยังเน้นย้ำถึงประสิทธิภาพการระบายความร้อนของผลิตภัณฑ์มากขึ้น เพื่อให้มีความได้เปรียบในการแข่งขันในตลาดมากขึ้น ปัจจุบัน ผลิตภัณฑ์การสื่อสารและข้อมูล 5G กำลังพัฒนาโดยมีเป้าหมายคือความจุที่มากขึ้น ประสิทธิภาพที่สูงขึ้น ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน และเสียงที่ต่ำ ระดับการรวมอุปกรณ์กำลังเพิ่มขึ้น ด้วยฟังก์ชันชิปตัวเดียวที่ทรงพลังยิ่งขึ้นและการใช้พลังงานที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก อย่างไรก็ตาม เค้าโครงมีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น และความหนาแน่นของฟลักซ์ความร้อนก็เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ทำให้เกิดความท้าทายอย่างรุนแรงต่อเทคโนโลยีระบายความร้อน

ระบบระบายความร้อนแบบดั้งเดิมส่วนใหญ่อาศัยวัสดุเฟสเดียวเพื่อนำความร้อนจากอุปกรณ์ไปยังพื้นผิวของแผงระบายความร้อน จากนั้นจึงกระจายความร้อนออกสู่สิ่งแวดล้อมผ่านการพาความร้อนตามธรรมชาติ (ระบบทำความเย็นตามธรรมชาติ) หรือการพาความร้อนแบบบังคับ (ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศบังคับ) โดย อากาศ. ประสิทธิภาพของการนำความร้อนขึ้นอยู่กับและยังถูกจำกัดด้วยการนำความร้อนโดยธรรมชาติของวัสดุด้วย
เทคโนโลยีการถ่ายเทความร้อนด้วยการเปลี่ยนเฟสที่แสดงโดยท่อความร้อนและ VC (Vapor Chamber) ใช้ตัวกลางในการระเหยในพื้นที่ที่ให้ความร้อนและควบแน่นในบริเวณที่มีความเย็น ในขณะเดียวกันก็ดูดซับหรือปล่อยความร้อนแฝงที่สอดคล้องกันของการเปลี่ยนเฟส โดยหมุนเวียนสลับกันเพื่อให้เกิดการแพร่กระจายอย่างรวดเร็ว หรือการอพยพของความร้อน การดูดซับและการปล่อยความร้อนแฝงเป็นกระบวนการที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพ และเมื่อใช้การถ่ายเทความร้อนแบบสองเฟส มักจะเลือกของเหลวทำงานที่มีความร้อนแฝงสูงกว่า ส่งผลให้ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนสูงมาก ค่าการนำความร้อนที่เท่ากันสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 2000 W/m · K

ปัจจุบัน Vapor Chamber เป็นผลิตภัณฑ์ถ่ายเทความร้อนแบบเปลี่ยนเฟสที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดในอุตสาหกรรมการสื่อสารและอิเล็กทรอนิกส์ โดยมีกระบวนการที่เติบโตเต็มที่นอกเหนือจากท่อความร้อน VC ทั่วไปคือรูปแบบปิดแบน ประกอบด้วยเปลือก โครงสร้างเส้นเลือดฝอย โครงสร้างรองรับ และของไหลทำงาน ด้วยการระเหย การควบแน่น และการขนส่งของของเหลวทำงาน ทำให้เกิดการนำความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ โดยกระจายความร้อนจากบริเวณที่มีความเข้มข้นไปยังระนาบโครงสร้างทั้งหมด

เนื่องจากข้อดีของลักษณะเฉพาะของเส้นเลือดฝอยในพื้นที่ขนาดใหญ่และการแพร่กระจายความร้อนแบบสองมิติหรือสามมิติ ทำให้ VC มีความสามารถในการรองรับฟลักซ์ความร้อนที่สูงกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการทำความเย็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความหนาแน่นของฟลักซ์ความร้อนเกิน 50W/cm2 ผลการปรับสมดุลอุณหภูมิดีกว่าโลหะบริสุทธิ์หรือพื้นผิวการกระจายความร้อนของท่อความร้อนแบบฝังอย่างมาก ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของแผงระบายความร้อนได้อย่างมาก ภายใต้แนวโน้มการพัฒนาของความหนาแน่นฟลักซ์ความร้อนของชิปที่เกิน 100W/cm2 ไม่ต้องสงสัยเลยว่า VC ถือเป็นเทคโนโลยีสำคัญที่สนับสนุนการอัพเกรดประสิทธิภาพของอุปกรณ์สื่อสาร

VC ที่มีประสิทธิภาพสูงกว่ามักจะสอดคล้องกับความหนาแน่นของโครงสร้างเส้นเลือดฝอยในพื้นที่การระเหยที่สอดคล้องกับตำแหน่งแหล่งความร้อน นอกเหนือจากการเพิ่มแรงของเส้นเลือดฝอยและการไหลย้อนของของเหลวแล้ว พื้นผิวของโครงสร้างเส้นเลือดฝอยเหล่านี้ยังขยายพื้นที่การระเหยและเพิ่มอัตราการระเหยอีกด้วย จากมุมมองนี้ การออกแบบยังรวมถึงชั้นของวัสดุคาปิลลารีซึ่งครอบคลุมส่วนด้านนอกของโครงสร้างโลหะบริสุทธิ์ที่เข้ารหัส เนื่องจากโลหะบริสุทธิ์ โดยเฉพาะทองแดงบริสุทธิ์ มีค่าการนำความร้อนสูงกว่าโครงสร้างของเส้นเลือดฝอย โลหะบริสุทธิ์ภายในจึงนำความร้อนไปยังโครงสร้างของเส้นเลือดฝอยบนพื้นผิวได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น และความแข็งแรงของโลหะบริสุทธิ์ก็ดีกว่าเช่นกัน มีรูปแบบการออกแบบหลายประเภท และความสามารถในการรับฟลักซ์ความร้อน VC สามารถเข้าถึง 30-100W/cm2

ด้วยแนวโน้มการพัฒนาด้านการใช้พลังงานสูงและชิปความหนาแน่นฟลักซ์ความร้อนสูง จึงมีความต้องการประสิทธิภาพการปรับสมดุลอุณหภูมิของ VC มากขึ้น การออกแบบการปรับให้เหมาะสมของ VC จะต้องปรับปรุงประสิทธิภาพของเส้นเลือดฝอย ในขณะเดียวกันก็เพิ่มประสิทธิภาพการนำความร้อนและการขนส่งก๊าซ-ของเหลวจากวัสดุและโครงสร้างหลายด้าน ซึ่งช่วยลดความต้านทานความร้อนของ VC ได้อย่างมาก จากนั้นเท่านั้นที่ความแตกต่างของอุณหภูมิจากแหล่งความร้อนไปยังพื้นผิวเย็นของ VC ยังคงสามารถเทียบเคียงได้กับระดับปัจจุบันภายใต้เงื่อนไขการใช้งานความหนาแน่นฟลักซ์ความร้อนต่ำ แม้ว่าความหนาแน่นของฟลักซ์ความร้อนในการทำงานจะเพิ่มเป็นสองเท่าหรือคูณด้วยซ้ำก็ตาม