Giải pháp tản nhiệt mạnh mẽ để làm mát truyền thông 5G
Tản nhiệt là một mắt xích quan trọng để đảm bảo hoạt động an toàn và đáng tin cậy lâu dài của các thiết bị và sản phẩm điện tử. Là lĩnh vực được sử dụng nhiều nhất cho các thiết bị tản nhiệt như chip, sự phát triển của công nghệ thông tin và truyền thông đã thúc đẩy tản nhiệt hoặc thiết kế nhiệt trở thành một ngành có hệ thống. Nghiên cứu và phát triển trong các lĩnh vực điện, an ninh, điện tử tiêu dùng, ô tô, đèn LED, v.v. cũng ngày càng chú trọng đến hiệu suất nhiệt của sản phẩm nhằm có nhiều lợi thế hơn trong khả năng cạnh tranh trên thị trường. Hiện nay, các sản phẩm thông tin và truyền thông 5G đang phát triển hướng tới mục tiêu dung lượng lớn hơn, hiệu suất cao hơn, tiết kiệm năng lượng và độ ồn thấp. Mức độ tích hợp thiết bị ngày càng tăng, với các chức năng chip đơn mạnh mẽ hơn và mức tiêu thụ điện năng tăng đáng kể. Tuy nhiên, cách bố trí ngày càng trở nên nhỏ gọn hơn và mật độ dòng nhiệt tăng gấp đôi, đặt ra những thách thức nghiêm trọng đối với công nghệ nhiệt.
Các hệ thống nhiệt truyền thống chủ yếu dựa vào vật liệu một pha để dẫn nhiệt từ thiết bị đến bề mặt tản nhiệt, sau đó tản nhiệt ra môi trường thông qua đối lưu tự nhiên (hệ thống làm mát tự nhiên) hoặc đối lưu cưỡng bức (hệ thống làm mát không khí cưỡng bức) bằng cách không khí. Hiệu suất dẫn nhiệt phụ thuộc và cũng bị hạn chế bởi tính dẫn nhiệt vốn có của vật liệu.
Công nghệ truyền nhiệt thay đổi pha được thể hiện bằng ống dẫn nhiệt và VC (Buồng hơi) sử dụng môi trường để bay hơi ở vùng được làm nóng và ngưng tụ ở vùng được làm mát, đồng thời hấp thụ hoặc giải phóng nhiệt ẩn tương ứng của sự thay đổi pha, tuần hoàn luân phiên để đạt được sự khuếch tán nhanh chóng hoặc sự di chuyển của nhiệt. Hấp thụ và giải phóng ẩn nhiệt là một quá trình nhanh chóng và hiệu quả, khi sử dụng truyền nhiệt hai pha, chất lỏng làm việc có nhiệt ẩn cao hơn thường được chọn, dẫn đến hiệu suất truyền nhiệt rất cao. Độ dẫn nhiệt tương đương có thể đạt trên 2000 W/m · K
Buồng hơi hiện là sản phẩm truyền nhiệt thay đổi pha được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành công nghiệp truyền thông và điện tử, với các quy trình hoàn thiện khác ngoài ống dẫn nhiệt. VC điển hình là dạng đóng phẳng, bao gồm vỏ, cấu trúc mao quản, cấu trúc hỗ trợ và chất lỏng làm việc. Thông qua sự bay hơi, ngưng tụ và vận chuyển mao dẫn của chất lỏng làm việc, đạt được sự dẫn nhiệt hiệu quả, truyền nhiệt từ khu vực tập trung đến toàn bộ mặt phẳng kết cấu.
Nhờ ưu điểm về đặc tính mao dẫn diện tích lớn và khả năng khuếch tán nhiệt hai chiều, thậm chí ba chiều, VC có khả năng mang dòng nhiệt cao hơn, đặc biệt để làm mát các thiết bị điện tử có mật độ dòng nhiệt vượt quá 50W/cm2. Hiệu ứng cân bằng nhiệt độ tốt hơn đáng kể so với chất nền tản nhiệt bằng kim loại nguyên chất hoặc ống dẫn nhiệt nhúng, có thể cải thiện đáng kể hiệu quả của tản nhiệt. Theo xu hướng phát triển của mật độ thông lượng nhiệt chip vượt quá 100W/cm2, VC chắc chắn là công nghệ chủ chốt hỗ trợ nâng cấp hiệu suất của thiết bị truyền thông.
VC hiệu suất cao hơn thường tương ứng với mật độ cấu trúc mao quản cục bộ trong vùng bay hơi tương ứng với vị trí nguồn nhiệt. Ngoài tác dụng tăng cường lực mao mạch và trào ngược chất lỏng, bề mặt của các cấu trúc mao mạch này còn làm tăng diện tích bay hơi và tăng tốc độ bay hơi. Từ góc độ này, thiết kế cũng bao gồm một lớp vật liệu mao dẫn bao phủ phần bên ngoài của cấu trúc kim loại nguyên chất được mã hóa. Bởi vì kim loại nguyên chất, đặc biệt là đồng nguyên chất, có độ dẫn nhiệt cao hơn cấu trúc mao dẫn nên kim loại nguyên chất bên trong dẫn nhiệt đến cấu trúc mao dẫn bề mặt hiệu quả hơn và độ bền của kim loại nguyên chất cũng tốt hơn. Có nhiều dạng thiết kế khác nhau thuộc loại này và khả năng mang thông lượng nhiệt VC có thể đạt tới 30-100W/cm2.
Với xu hướng phát triển của mức tiêu thụ điện năng cao và chip mật độ thông lượng nhiệt cao, nhu cầu về hiệu suất cân bằng nhiệt độ của VC ngày càng cao. Thiết kế tối ưu hóa của VC phải cải thiện hiệu suất mao quản đồng thời nâng cao hiệu quả dẫn nhiệt và vận chuyển khí-lỏng từ nhiều khía cạnh của vật liệu và cấu trúc, từ đó làm giảm đáng kể khả năng chịu nhiệt của VC. Chỉ khi đó, chênh lệch nhiệt độ từ nguồn nhiệt đến bề mặt lạnh của VC mới có thể so sánh được với mức hiện tại trong điều kiện ứng dụng mật độ dòng nhiệt thấp, ngay cả khi mật độ dòng nhiệt làm việc tăng gấp đôi hoặc thậm chí nhân lên.
