Entwicklung und Anwendung der Dampfkammer
Mit dem Aufkommen und der rasanten Entwicklung der Mobilkommunikationstechnologie der fünften Generation (5G-Technologie) bewegen sich elektronische Produkte, insbesondere Smartphones, Tablets und andere Produkte, zunehmend in Richtung hoher Leistung, hoher Integration und Miniaturisierung, was zu einem extrem hohen Wärmefluss führt Dichte auf engstem Raum. Als effizientes Wärmeübertragungselement zeichnet sich die Dampfkammer durch einen geringen Wärmewiderstand und eine gleichmäßige Temperatur aus und wird häufig im Wärmeableitungsmodul von Geräten mit hohem Wärmefluss eingesetzt.
Der Fortschritt der Elektronikindustrie hat zu einer Entwicklung elektronischer Produkte hin zu kleinerer Größe und hoher Integration geführt, was zu einem höheren Stromverbrauch elektronischer Komponenten führt. Beispielsweise übersteigt die geschätzte Verlustleistung von Bandlückenverstärkern im Militär und in der Luft- und Raumfahrt 1000 W/cm2. Gewöhnliche Kühlkörper können die Anforderungen an die Wärmeableitung mit hoher Wärmestromdichte nicht mehr erfüllen. Zwei Arten von durch Kapillaren angetriebenen Kühlkörpern, wie Wärmerohre, flache Wärmerohre und Dampfkammern, haben sich unter den beiden Kühlgeräten als die effektivsten passiven Kühlgeräte erwiesen. Sie haben Vorteile wie eine starke Wärmeleitfähigkeit, einen guten Temperaturausgleichseffekt und eine starke strukturelle Anpassungsfähigkeit. Aufgrund ihrer höheren Wärmeableitungsleistung sind Dampfkammern für viele Wissenschaftler im In- und Ausland zu einem Forschungsschwerpunkt geworden.
Derzeit umfassen die für elektronische Geräte verwendeten Wärmeableitungsmethoden hauptsächlich Graphit-Wärmeableitung, Graphen-Wärmeableitung, Wärmeleitungsgel-Wärmeableitung, Wärmerohr-Wärmekühlung, Dampfkammerkühlung usw., wie in Tabelle 1 gezeigt. Darunter auch Graphit-Wärmeableitung , Graphen-Wärmeableitung und wärmeleitende Gel-Wärmeableitung gehören zu Wärmeableitungsmaterialien mit begrenzter Wärmeableitungswirkung, die hauptsächlich in kleinen elektronischen Produkten verwendet werden; Wärmerohre und Wärmeplatten sind Wärmeableitungskomponenten mit hoher Wärmeableitungseffizienz und werden hauptsächlich in großen und mittelgroßen elektronischen Geräten verwendet. Obwohl sowohl Wärmerohre als auch Dampfkammern einen Phasenwechsel zur Wärmeableitung nutzen, der die vier Hauptschritte Wärmeleitung, Verdampfung, Konvektion und Kondensation umfasst, sind ihre Wärmeleitungsmethoden unterschiedlich. Wärmerohre sind eine eindimensionale Wärmeübertragung, während Einweichplatten eine zweidimensionale Wärmeübertragung darstellen, mit einer größeren Kontaktfläche mit dem Wärmeableitungsmedium, einer gleichmäßigeren Wärmeableitung und einer besseren Anpassungsfähigkeit an die Anforderungen von Anwendungen in Bereichen wie miniaturisierten elektronischen Geräten im 5G-Zeitalter. Verwandte Studien haben gezeigt, dass die Leistung eines Kühlkörpers mit einer gleichmäßigen Heizplatte 20 bis 30 % höher ist als die eines Wärmerohrs, was die Wärmeleitfähigkeitseffizienz weiter verbessern kann.
Die Dampfkammer besteht aus einem versiegelten Rohrmantel, einem porösen, flüssigkeitsabsorbierenden Kern und einem Arbeitsmedium. Das flüssige Arbeitsmedium nimmt Wärme auf, verdampft am Verdampfungsende und wird dann gasförmig zum Kondensationsende im Hohlraum transportiert, wo es Wärme abgibt und kondensiert. Das kondensierte flüssige Arbeitsmedium wird durch Kapillarkraft angetrieben und durch einen porösen Saugkern zurück zum Verdampfungsende transportiert. In diesem Zyklus kann die Heizplatte unabhängig ohne externen Stromantrieb betrieben werden, wodurch eine effiziente Wärmeübertragung erreicht wird. Die Einweichplatte kann je nach Richtung der Wärmeübertragung in zwei Typen unterteilt werden, und die beiden Arten von Dampfkammern übertragen Wärme entlang der Dicken- und Längenrichtung. Erstere kann durch großflächige Kondensation mehr Wärme abführen; Letzteres kann über große Entfernungen übertragen und eine hervorragende Temperaturgleichmäßigkeit aufrechterhalten. Die Dampfkammer ist hauptsächlich in eine Standard-Dampfkammer (größer oder gleich 2 mm) und eine ultradünne Dampfkammer (<2mm), and extreme ultra-thin vapor chamber (≤ 0.6mm) according to different thicknesses.
Die Anwendung von Dampfkammern kann basierend auf unterschiedlichen Anwendungsumgebungen in zwei Kategorien unterteilt werden, nämlich Anwendungen in Bodenumgebungen und Anwendungen in Luft- und Raumfahrtumgebungen. Ersteres befindet sich in einer Schwerkraftumgebung, wie etwa 5G-Basisstationen, elektronische Produkte wie Mobiltelefone und Computer, elektronische Kühlung für Kraftfahrzeuge usw., während sich letzteres in einer Schwerelosigkeits-, Mikrogravitations- oder Supergravitationsumgebung befindet, wie etwa in der Luft- und Raumfahrt Feld.
Elektronische Bauteile erzeugen auf kleinem Raum eine große Wärmemenge und eine effektive Wärmeableitung ist zu einer der Hauptschwierigkeiten bei der weiteren technologischen Entwicklung geworden. Im Vergleich zu herkömmlichen Wärmerohren kann die gleichmäßige Wärmeplatte als neuartiges Wärmeleitungsgerät direkt mit der Wärmequelle in Kontakt treten und die Wärme gleichmäßig in alle Richtungen übertragen. Es verfügt über eine effiziente und gleichmäßige Wärmeleitungsleistung und wird häufig in Bereichen wie Elektronik, Luft- und Raumfahrt und Fahrzeugen mit neuer Energie eingesetzt.
