פתרון תרמי רב עוצמה לקירור תקשורת 5G
פיזור חום הוא חוליה חשובה בהבטחת פעולה בטוחה ואמינה לטווח ארוך של מכשירים ומוצרים אלקטרוניים. בתור התחום הצפוף ביותר עבור התקני פיזור חום כגון שבבים, פיתוח של תקשורת וטכנולוגיית מידע קידם את פיזור החום או התכנון התרמי והפך לתעשייה שיטתית. מחקר ופיתוח בתחומי הכוח, האבטחה, האלקטרוניקה הצרכנית, הרכב, ה-LED וכו' שמים דגש יותר ויותר על הביצועים התרמיים של מוצרים על מנת לקבל יותר יתרונות בתחרותיות בשוק. נכון לעכשיו, מוצרי תקשורת ומידע 5G מתפתחים לקראת היעדים של קיבולת גדולה יותר, ביצועים גבוהים יותר, יעילות אנרגטית ורעש נמוך. רמת שילוב המכשירים עולה, עם פונקציות חזקות יותר של שבב בודד וצריכת חשמל מוגברת משמעותית. עם זאת, הפריסה הופכת קומפקטית יותר, וצפיפות שטף החום הוכפלה, מה שמציב אתגרים חמורים לטכנולוגיה התרמית.
מערכות תרמיות מסורתיות מסתמכות בעיקר על חומרים חד פאזיים כדי להוביל חום מהמכשיר אל פני השטח של גוף הקירור, ולאחר מכן לפזר את החום לסביבה באמצעות הסעה טבעית (מערכת קירור טבעית) או הסעה מאולצת (מערכת קירור אוויר מאולצת) אֲוִיר. יעילות הולכת החום תלויה ומוגבלת גם על ידי המוליכות התרמית המובנית של החומר.
טכנולוגיית העברת החום לשינוי שלב המיוצגת על ידי צינורות חום ו-VC (Vapour Chamber) מנצלת את המדיום כדי להתאדות באזור המחומם ולהתעבות באזור המקורר, תוך ספיגה או שחרור החום הסמוי המקביל של שינוי הפאזה, לסירוגין במחזור כדי להשיג דיפוזיה מהירה או נדידת חום. קליטה ושחרור של חום סמוי הוא תהליך מהיר ויעיל, וכאשר משתמשים בהעברת חום דו-פאזי, נבחרים בדרך כלל נוזלי עבודה בעלי חום סמוי גבוה יותר, וכתוצאה מכך יעילות העברת חום גבוהה מאוד. המוליכות התרמית המקבילה יכולה להגיע ליותר מ-2000 W/m · K
Vapor Chamber הוא כיום המוצר הנפוץ ביותר להעברת חום לשינוי שלב בתעשיות התקשורת והאלקטרוניקה, עם תהליכים בוגרים שאינם צינורות חום. VC טיפוסי הוא צורה סגורה שטוחה, המורכבת מקליפה, מבנה נימי, מבנה תמיכה ונוזל עבודה. באמצעות אידוי, עיבוי והובלה נימית של נוזל העבודה, מושגת הולכת חום יעילה, המפיצה חום מהאזור המרוכז לכל המישור המבני.
הודות ליתרונות של מאפיינים נימיים בשטח גדול ודיפוזיה תרמית דו-ממדית או אפילו תלת-ממדית, ל-VC יש יכולת נשיאת שטף חום גבוהה יותר, במיוחד לקירור מכשירים אלקטרוניים עם צפיפות שטף חום העולה על 50W/cm2. השפעת השוואת הטמפרטורה טובה משמעותית ממתכת טהורה או מצעי פיזור חום של צינור חום, מה שיכול לשפר מאוד את היעילות של גופי קירור. תחת מגמת הפיתוח של צפיפות שטף חום שבב העולה על 100W/cm2, VC היא ללא ספק טכנולוגיית מפתח התומכת בשדרוג הביצועים של ציוד תקשורת.
VC עם ביצועים גבוהים יותר תואם לרוב לצפיפות המבנה הנימים המקומי באזור האידוי המתאים למיקום מקור החום. בנוסף להגברת הכוח הנימים והריפלוקס הנוזלי, פני השטח של מבנים נימיים אלה מרחיבים גם את אזור האידוי ומגדילים את קצב האידוי. מנקודת מבט זו, העיצוב כולל גם שכבה של חומר נימי המכסה את החלק החיצוני של מבנה המתכת הטהור המוצפן. מכיוון למתכות טהורות, במיוחד נחושת טהורה, יש מוליכות תרמית גבוהה יותר ממבנים נימיים, המתכת הפנימית הטהורה מוליכה חום למבנה נימי פני השטח בצורה יעילה יותר, וחוזקן של מתכות טהורות גם טוב יותר. קיימות צורות עיצוב שונות מסוג זה, ויכולת נשיאת שטף החום של VC יכולה להגיע ל-30-100W/cm2.
עם מגמת הפיתוח של צריכת חשמל גבוהה וצפיפות שטף חום גבוהה, קיימת דרישה גבוהה יותר לביצועי השוואת הטמפרטורה של VC. תכנון האופטימיזציה של VC חייב לשפר את הביצועים הנימים תוך שיפור היעילות של הולכת חום והובלת גז-נוזל מהיבטים מרובים של חומרים ומבנים, ובכך להפחית משמעותית את ההתנגדות התרמית של VC. רק אז הפרש הטמפרטורות ממקור החום למשטח הקר של VC עדיין יכול להיות דומה לרמה הנוכחית בתנאי יישום צפיפות שטף חום נמוכה, גם כאשר צפיפות שטף חום העבודה מוכפלת או אפילו מוכפלת.
