تطبيق الأنابيب الحرارية وغرفة البخار في الهاتف الخليوي 5G
منذ عصر 4G إلى عصر 5G، حدث تحسن كبير في أداء شرائح الهواتف الذكية ومعدلات نقل البيانات ووحدات الترددات اللاسلكية وغيرها من الميزات. أصبح الشحن اللاسلكي وNFC والوظائف الأخرى تدريجيًا من المعدات القياسية، ويستمر ضغط تبديد الحرارة على الهواتف المحمولة في النمو. ونظرًا للزيادة المستمرة في مؤشرات مثل التكامل وكثافة الطاقة وكثافة التجميع، تشهد الأجهزة الإلكترونية في عصر الجيل الخامس زيادة حادة في استهلاك الطاقة التشغيلية وتوليد الحرارة بينما يستمر أدائها في التحسن. وفقًا للإحصائيات، فإن فشل المواد الناتج عن التركيز الحراري في الأجهزة الإلكترونية يمثل 65-80% من إجمالي كفاءة الفشل. من أجل تجنب فشل الجهاز الناجم عن ارتفاع درجة الحرارة، ظهرت واستمرت في تطوير شحم السيليكون الموصل الحراري، والجيل الموصل الحراري، وصفائح الجرافيت الموصلة الحرارية، وأنابيب الحرارة، وغرفة البخار وغيرها من التقنيات. أصبحت إدارة تبديد الحرارة خيارًا مهمًا للأجهزة الإلكترونية في عصر الجيل الخامس.
بشكل عام، هناك طريقتان للأجهزة الإلكترونية لتبديد الحرارة: التبريد النشط (لتقليل حرارة الهاتف التلقائية) والتبريد السلبي (لتسريع تبديد الحرارة إلى الخارج). من بينها، يستخدم التبريد النشط بشكل أساسي مكونات الطاقة غير المرتبطة بعنصر التسخين لتبديد الحرارة بالقوة، والذي يتم تطبيقه عمومًا على كثافة الطاقة العالية والأجهزة الإلكترونية الكبيرة نسبيًا، مثل المراوح المجهزة بأجهزة الكمبيوتر المكتبية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، والتبريد المبرد بالسائل للبيانات خوادم المركز؛ يؤدي تبديد الحرارة السلبي بشكل أساسي إلى إطلاق الحرارة الناتجة عن المكونات في البيئة من خلال المواد والأجهزة الموصلة للحرارة. إنها طريقة لتبديد الحرارة دون مشاركة مكونات الطاقة وتستخدم على نطاق واسع في الهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية والساعات الذكية ومحطات القاعدة الخارجية وما إلى ذلك.
في الوقت الحاضر، تشمل التقنيات الحرارية المستخدمة في الأجهزة الإلكترونية بشكل أساسي المواد الموصلة للحرارة، مثل تبديد حرارة الجرافيت، واللوحة المعدنية المعززة، وتبديد حرارة الإطار، وتبديد حرارة الهلام الموصل الحراري، والأجهزة الموصلة الحرارية مثل الأنابيب الحرارية وVC. من بينها، يتم استخدام هلام التوصيل الحراري، وشحم السيليكون الموصل الحراري، وصفائح الجرافيت والصفائح المعدنية بشكل رئيسي في المنتجات الإلكترونية الصغيرة والمتوسطة الحجم، بينما تستخدم الأنابيب الحرارية وVC بشكل أساسي في الأجهزة الإلكترونية الكبيرة والمتوسطة الحجم مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر والخوادم.
تستخدم الأنابيب الحرارية وغرفة البخار خصائص نقل الحرارة السريعة للتوصيل الحراري ووسائط التبريد، مما يؤدي إلى زيادة التوصيل الحراري بأكثر من 10 مرات مقارنة بالمواد المعدنية والجرافيت. وباعتبارها أحد حلول تكنولوجيا التبريد الناشئة، فقد تم استخدامها على نطاق واسع في مجال الهواتف الذكية في السنوات الأخيرة. من بينها، تتراوح الموصلية الحرارية للأنبوب الحراري من 10000 إلى 100000 W/mK، وهو 20 مرة من فيلم النحاس النقي و10 مرات من فيلم الجرافيت متعدد الطبقات؛ كترقية لتقنية الأنابيب الحرارية، تعمل غرفة البخار على تحسين التوصيل الحراري.
يتكون أنبوب الحرارة عمومًا من غلاف ونواة شفط وغطاء نهائي، والذي يسحب الجزء الداخلي من الأنبوب إلى 1.3 × بعد ضغط (10-10-2) Pa، املأ كمية مناسبة من سائل العمل إلى املأ المادة المسامية الشعرية لقلب الشفط بإحكام على الجدار الداخلي للأنبوب بالسائل وأغلقه. أحد طرفي الأنبوب هو قسم التبخير (قسم التسخين)، والطرف الآخر هو قسم التكثيف (قسم التبريد). يمكن ترتيب قسم العزل بين القسمين حسب احتياجات التطبيق. يعتمد قلب الشفط مادة شعرية صغيرة مسامية، والتي تستخدم الشفط الشعري (المولد عن طريق التوتر السطحي السائل) لإرجاع السائل. يمتص السائل الموجود داخل الأنبوب الحرارة ويتبخر في قسم امتصاص الحرارة، ويتكثف ويرتد في قسم التبريد، ويقوم بتدوير الحرارة بعيدًا.
مبدأ عمل غرفة vpaor مشابه لمبدأ أنبوب الحرارة، والذي يتضمن أيضًا أربع خطوات رئيسية: التوصيل، والتبخر، والحمل الحراري، والتكثيف. والفرق الرئيسي بين الاثنين يكمن في الطرق المختلفة لتوصيل الحرارة. وضع التوصيل الحراري لأنبوب الحرارة أحادي البعد، وهو وضع التوصيل الحراري الخطي، في حين أن وضع التوصيل الحراري لغرفة vpaor ثنائي الأبعاد، وهو وضع التوصيل الحراري السطحي. بالمقارنة مع أنابيب الحرارة، فإن منطقة الاتصال بين لوحة التجانس ومصدر الحرارة ووسط تبديد الحرارة أكبر، مما يجعل درجة حرارة السطح أكثر تجانسًا؛ ثانيًا، يمكن أن يؤدي استخدام غرفة vpaor إلى الاتصال مباشرة بمصدر الحرارة والمعدات لتقليل المقاومة الحرارية، بينما يحتاج أنبوب الحرارة إلى دمجه مع ركيزة بين مصدر الحرارة وأنبوب الحرارة؛ وأخيرًا، تعد غرفة vpaor أخف وزنًا وأكثر قدرة على التكيف مع اتجاه الهواتف المحمولة المدمجة وخفيفة الوزن. أظهرت الدراسات ذات الصلة أن أداء مشعات VC يتحسن بنسبة 20% إلى 30% مقارنة بأنابيب الحرارة.
على الرغم من أن التوصيل الحراري لأنابيب الحرارة وغرفة البخار أعلى، إلا أن المبدأ هو تسريع نقل الحرارة من مكونات التسخين في الهاتف إلى البيئة. لا يزال التأثير الحراري النهائي يعتمد على الحمل الحراري بين المادة الحرارية والهواء. ولذلك فإن الخصائص الحرارية للمواد الحرارية لها تأثير لا يمكن إنكاره على التأثير الحراري للهواتف المحمولة. في الوقت الحاضر، يتم التعرف تدريجياً على الحل الشامل لـ "المشتت الحراري (فيلم الجرافين / لوح الجرافيت) + أنبوب الحرارة / غرفة البخار" من قبل السوق.
