حل حراري قوي لتبريد اتصالات 5G
يعد تبديد الحرارة رابطًا مهمًا لضمان التشغيل الآمن والموثوق على المدى الطويل للأجهزة والمنتجات الإلكترونية. باعتبارها المجال الأكثر استخدامًا لأجهزة تبديد الحرارة مثل الرقائق، فقد عزز تطور تكنولوجيا الاتصالات والمعلومات تبديد الحرارة أو التصميم الحراري ليصبح صناعة منهجية. كما أن البحث والتطوير في مجالات الطاقة والأمن والإلكترونيات الاستهلاكية والسيارات ومصابيح LED وما إلى ذلك يركز بشكل متزايد على الأداء الحراري للمنتجات من أجل الحصول على المزيد من المزايا في القدرة التنافسية في السوق. حاليًا، تتطور منتجات الاتصالات والمعلومات 5G لتحقيق أهداف السعة الأكبر والأداء الأعلى وكفاءة الطاقة والضوضاء المنخفضة. يتزايد مستوى تكامل الأجهزة، مع وظائف شريحة واحدة أكثر قوة وزيادة كبيرة في استهلاك الطاقة. ومع ذلك، أصبح التصميم أكثر إحكاما، وتضاعفت كثافة التدفق الحراري، مما يشكل تحديات خطيرة أمام التكنولوجيا الحرارية.
تعتمد الأنظمة الحرارية التقليدية بشكل أساسي على مواد أحادية الطور لتوصيل الحرارة من الجهاز إلى سطح المشتت الحراري، ومن ثم تبديد الحرارة إلى البيئة من خلال الحمل الحراري الطبيعي (نظام التبريد الطبيعي) أو الحمل الحراري القسري (نظام تبريد الهواء القسري) عن طريق هواء. تعتمد كفاءة التوصيل الحراري على التوصيل الحراري المتأصل للمادة وتقتصر عليه أيضًا.
تستخدم تقنية نقل الحرارة بتغير الطور المتمثلة في الأنابيب الحرارية وVC (غرفة البخار) الوسط للتبخر في المنطقة الساخنة والتكثيف في المنطقة المبردة، بينما تمتص أو تطلق الحرارة الكامنة المقابلة لتغير الطور، وتدور بالتناوب لتحقيق الانتشار السريع أو هجرة الحرارة. يعد امتصاص وإطلاق الحرارة الكامنة عملية سريعة وفعالة، وعند استخدام نقل الحرارة على مرحلتين، عادة ما يتم اختيار سوائل العمل ذات الحرارة الكامنة الأعلى، مما يؤدي إلى كفاءة عالية جدًا في نقل الحرارة. يمكن أن تصل الموصلية الحرارية المكافئة إلى أكثر من 2000 واط/م·ك
تعد غرفة البخار حاليًا منتج نقل الحرارة بتغير الطور الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في صناعات الاتصالات والإلكترونيات، مع عمليات ناضجة بخلاف الأنابيب الحرارية. إن VC النموذجي هو شكل مسطح مغلق، يتكون من غلاف، وبنية شعرية، وبنية داعمة، وسائل تشغيل. من خلال التبخر والتكثيف والنقل الشعري لسائل العمل، يتم تحقيق التوصيل الحراري الفعال، مما يؤدي إلى نشر الحرارة من المنطقة المركزة إلى المستوى الهيكلي بأكمله.
بفضل مزايا الخصائص الشعرية ذات المساحة الكبيرة والانتشار الحراري ثنائي الأبعاد أو حتى ثلاثي الأبعاد، يتمتع VC بقدرة تحمل تدفق حراري أعلى، خاصة لتبريد الأجهزة الإلكترونية بكثافة تدفق حراري تتجاوز 50 وات/سم2. تأثير معادلة درجة الحرارة أفضل بكثير من المعدن النقي أو ركائز تبديد الحرارة لأنابيب الحرارة المدمجة، والتي يمكن أن تحسن بشكل كبير من كفاءة المشتتات الحرارية. في ظل اتجاه التطوير لكثافة التدفق الحراري للرقاقة التي تتجاوز 100 واط / سم 2، تعد VC بلا شك تقنية رئيسية تدعم ترقية أداء معدات الاتصالات.
غالبًا ما يتوافق الأداء العالي لـ VC مع تكثيف بنية الشعيرات الدموية المحلية في منطقة التبخر المقابلة لموقع مصدر الحرارة. بالإضافة إلى تعزيز قوة الشعيرات الدموية وارتجاع السائل، فإن سطح هذه الهياكل الشعرية يعمل أيضًا على توسيع منطقة التبخر وزيادة معدل التبخر. ومن هذا المنطلق، يتضمن التصميم أيضًا طبقة من المواد الشعرية تغطي الجزء الخارجي من الهيكل المعدني النقي المشفر. نظرًا لأن المعادن النقية، وخاصة النحاس النقي، تتمتع بموصلية حرارية أعلى من الهياكل الشعرية، فإن المعدن النقي الداخلي يوصل الحرارة إلى البنية الشعرية السطحية بشكل أكثر كفاءة، كما أن قوة المعادن النقية أفضل أيضًا. هناك أشكال تصميمية مختلفة من هذا النوع، ويمكن أن تصل سعة حمل التدفق الحراري للـ VC إلى 30-100W/cm2.
مع اتجاه التطوير لاستهلاك الطاقة العالي ورقائق كثافة التدفق الحراري العالية، هناك طلب متزايد على أداء معادلة درجة الحرارة لـ VC. يجب أن يؤدي التصميم الأمثل لـ VC إلى تحسين أداء الشعيرات الدموية مع تعزيز كفاءة التوصيل الحراري ونقل الغاز السائل من جوانب متعددة للمواد والهياكل، وبالتالي تقليل المقاومة الحرارية لـ VC بشكل كبير. عندها فقط يمكن أن يظل اختلاف درجة الحرارة من مصدر الحرارة إلى السطح البارد لـ VC قابلاً للمقارنة بالمستوى الحالي في ظل ظروف تطبيق كثافة تدفق الحرارة المنخفضة، حتى عند مضاعفة كثافة تدفق حرارة العمل أو حتى مضاعفة.
