5G通信冷却のための強力な熱ソリューション

放熱は、電子機器や製品の長期にわたる安全かつ信頼性の高い動作を確保する上で重要な要素です。チップなどの放熱デバイスが最も高密度で使用される分野として、通信および情報技術の発展により、放熱または熱設計が体系的な産業として発展してきました。電力、セキュリティ、家庭用電化製品、自動車、LED などの分野の研究開発でも、市場競争力を高めるために製品の熱性能がますます重視されています。現在、5G 通信および情報製品は、大容量、高性能、エネルギー効率、低ノイズという目標に向かって開発が進められています。デバイスの統合レベルは向上しており、より強力なシングルチップ機能と大幅な消費電力の増加が見られます。しかし、レイアウトはよりコンパクトになり、熱流束密度は 2 倍になり、熱技術に深刻な課題をもたらしています。

従来の熱システムは、主に単相材料に依存してデバイスからヒートシンクの表面に熱を伝導し、その後自然対流 (自然冷却システム) または強制対流 (強制空冷システム) を通じて環境に熱を放散します。空気。熱伝導の効率は、材料の固有の熱伝導率に依存し、またそれによって制限されます。
ヒートパイプやVC（ベイパーチャンバー）に代表される相変化熱伝達技術は、媒質を加熱領域で蒸発、冷却領域で凝縮させながら相変化の潜熱を吸収または放出し、交互に循環させて急速拡散を実現します。あるいは熱の移動。潜熱の吸収と放出は迅速かつ効率的なプロセスであり、二相熱伝達を使用する場合、通常は潜熱の高い作動流体が選択されるため、非常に高い熱伝達効率が得られます。等価熱伝導率は2000 W/m・K以上に達する可能性があります

ベイパー チャンバーは現在、ヒート パイプ以外の成熟したプロセスを備えた通信およびエレクトロニクス産業で最も広く使用されている相変化熱伝達製品です。典型的な VC は、シェル、毛細管構造、支持構造、および作動流体で構成される、平らな閉じた形状です。作動流体の蒸発、凝縮、毛細管輸送により、効率的な熱伝導が実現し、熱が集中領域から構造面全体に広がります。

大面積の毛細管特性と 2 次元または 3 次元の熱拡散という利点により、VC はより高い熱流束保持能力を備えており、特に熱流束密度が 50W/cm2 を超える電子デバイスの冷却に適しています。温度均一化効果は純粋な金属または埋め込みヒートパイプ放熱基板よりも大幅に優れており、ヒートシンクの効率を大幅に向上させることができます。チップ熱流束密度が100W/cm2を超える開発傾向の中、VCは間違いなく通信機器の高性能化を支えるキーテクノロジーです。

より高性能の VC は、多くの場合、熱源の位置に対応する蒸発ゾーンにおける局所的な毛細管構造の緻密化に対応します。これらの毛細管構造の表面は、毛細管力と液体の還流を高めることに加えて、蒸発領域を拡大し、蒸発速度を高めます。この観点から、この設計には、暗号化された純粋な金属構造の外側部分を覆う毛細管材料の層も含まれています。純金属、特に純銅は毛細管構造よりも熱伝導率が高いため、内部の純金属が表面の毛細管構造に熱をより効率的に伝導し、純金属の強度も優れています。このタイプにはさまざまな設計形式があり、VC の熱流束保持能力は 30-100W/cm2 に達することがあります。

高消費電力、高熱束密度のチップの開発傾向に伴い、VC の温度均一化性能に対する要求が高まっています。 VCの最適化設計では、材料や構造の多面から熱伝導や気液輸送の効率を高めながら毛細管の性能を向上させ、VCの熱抵抗を大幅に低減する必要があります。そうすることで初めて、熱源から VC の低温表面までの温度差が、たとえ作動熱束密度が 2 倍または 3 倍になった場合でも、低熱束密度の適用条件下での現在のレベルに匹敵することができます。