Heatpipe und Reißverschlussrippe spielen eine wichtige Rolle bei der Kühlung von Laptops

Im Wärmemodul eines Laptops sind die drei Schlüsselelemente Wärmerohr, Kühlventilator und Kühlrippe mit Reißverschluss. Darüber hinaus gibt es Elemente zur Verbesserung der Kontaktfläche und der Wärmeleitungseffizienz zwischen ihnen. Die Oberfläche von Chips wie CPU, GPU, Videospeicher und Netzteilmodul ist mit einer Schicht Kupferkühlkörper bedeckt. Als Medium zwischen Chip und Heatpipe hat es vor allem die Aufgabe, dem Chip schnell die Wärme zu „entziehen“, wodurch sich auch die Kontaktfläche vergrößert und die Wärmeableitungsfläche vergrößert.

Gleichzeitig befindet sich zwischen Chip und Kühlkörper sowie zwischen Kühlkörper und Heatpipe eine Schicht Wärmeleitpaste als Füllstoff. Für ein wirklich „stressiges“ thermisches Design sollte auch die Oberfläche des Kühlkörpers und des Wärmerohrs fein poliert sein – die Oberfläche des Kupferkühlkörpers und des Wärmerohrs ist im Allgemeinen sehr rau, was den vollständigen Kontakt mit der Wärme beeinträchtigt leitfähiges Silikonfett auf der Mikroebene.

Die Heatpipe ist ein hohles Metallrohr aus reinem Kupfer. Der Teil, der mit dem CPU-/GPU-Chip in Kontakt kommt, ist das „Verdampfungsende“, und der Teil, der mit der Kühlrippe in Kontakt kommt, ist das „Kondensationsende“. Das Wärmerohr ist mit Kondensat (z. B. reinem Wasser) gefüllt. Sein Funktionsprinzip besteht darin, dass die hohe Temperatur auf der Chipoberfläche die Flüssigkeit am Verdampfungsende des Wärmerohrs in Dampf umwandelt und sich entlang des Rohrhohlraums zum Ende des Wärmerohrs (Kondensationsende) bewegt. Aufgrund der relativ niedrigen Temperatur in diesem Bereich wird der heiße Dampf bald verflüssigt und fließt durch Kapillarwirkung an die ursprüngliche Position entlang der Innenwand des Wärmerohrs zurück, wodurch der Wärmeübertragungszyklus nach dem anderen abgeschlossen wird.

Für das Design des Laptop-Wärmemoduls gilt: Je größer der Durchmesser und je mehr Wärmerohre, desto höher die Wärmeleitungseffizienz. Um jedoch den heißen Dampf im Kondensationsabschnitt des Wärmerohrs in kürzester Zeit zu verflüssigen, werden auch an die Kühlrippen höhere Anforderungen gestellt. Kühlrippen werden in der Elektrotechnik als „passive Kühlelemente“ bezeichnet. Sein Material ist hauptsächlich Aluminium und Kupfer. Sein Funktionsprinzip besteht darin, die vom Wärmerohr übertragene Wärme in Form von Konvektion abzuleiten. Die Effizienz der Wärmeableitung hängt von der Oberfläche ab.

Es ist zu beachten, dass die Kühlrippen nicht unabhängig voneinander existieren können. Eine Gruppe von Kühlrippen muss einem Kühlventilator und einem entsprechenden Kühlauslass entsprechen. Bei Laptops, die mit einem TDP-Prozessor mit 15 W oder mehr ausgestattet sind, können die Kühlrippen die vom Chip abgegebene Wärme überhaupt nicht abfangen. Diese Wärme muss vom Ventilator durch die von außen angesaugte Kaltluft abgeführt werden!