5G携帯電話におけるヒートパイプとベーパーチャンバーの応用
4G時代から5G時代にかけて、スマートフォンのチップの性能、データ伝送速度、RFモジュールなどの機能が大幅に向上しました。ワイヤレス充電やNFCなどの機能が徐々に標準装備され、携帯電話の放熱圧力は高まり続けています。集積度、電力密度、アセンブリ密度などの指標が継続的に増加しているため、5G 時代の電子デバイスでは、性能が向上し続ける一方で、動作消費電力と発熱量が急激に増加しています。統計によると、電子デバイスの熱集中によって引き起こされる材料の破損は、全体の破損効率の 65-80% を占めます。過熱による機器の故障を避けるために、熱伝導性シリコーングリス、熱伝導性ゲル、グラファイト熱伝導性シート、ヒートパイプ、ベイパーチャンバーなどの技術が登場し、進化し続けています。 5G時代の電子機器にとって、放熱管理は重要な選択肢となっています。
一般に、電子デバイスの熱放散には 2 つの方法があります。アクティブ冷却 (電話機の自発的な熱を減らす) とパッシブ冷却 (外部への熱放散を促進する) です。このうちアクティブ冷却は、主に発熱体とは関係のない電源部品を利用して熱を強制的に放散させるもので、デスクトップパソコンやノートパソコンに搭載されているファンやデータ用の水冷冷却など、電力密度が高く比較的大型の電子機器に一般的に適用されています。センターサーバー。受動的放熱は主に、コンポーネントによって生成された熱を、熱伝導性材料およびデバイスを通じて環境に放出します。これは電源部品を使用しない放熱方法であり、携帯電話、タブレット、スマートウォッチ、屋外基地局などに広く使用されています。
現在、電子デバイスで使用される熱技術には、主にグラファイト放熱、金属バックプレーン、フレーム放熱、熱伝導ゲル放熱などの熱伝導材料、ヒートパイプやVCなどの熱伝導デバイスが含まれます。このうち、熱伝導性ゲル、熱伝導性シリコーングリス、グラファイトシート、金属シートは主に中小型電子製品に使用され、ヒートパイプとVCは主にラップトップ、コンピューターなどの大型および中型電子機器に使用されます。そしてサーバー。
ヒートパイプとベイパーチャンバーは、熱伝導と冷却媒体の急速な熱伝達特性を利用しており、金属やグラファイト材料と比較して熱伝導率が 10 倍以上増加します。新興の冷却技術ソリューションとして、近年スマートフォンの分野で広く使用されています。このうち、ヒートパイプの熱伝導率は10000～100000W/mKの範囲であり、純銅フィルムの20倍、多層グラファイトフィルムの10倍に相当します。ヒートパイプ技術のアップグレードとして、ベーパーチャンバーにより熱伝導率がさらに向上しました。
ヒートパイプは一般にシェル、吸引コア、エンドカバーで構成されており、パイプ内を1.3×(10-10-2)Paの圧力にした後、適量の作動液を充填します。吸引コアの毛細管多孔質材料をチューブの内壁にしっかりと液体で満たし、密封します。パイプの一端は蒸発セクション（加熱セクション）、もう一端は凝縮セクション（冷却セクション）です。用途のニーズに応じて、2 つのセクションの間に絶縁セクションを配置できます。吸引コアは毛細管微多孔質材料を採用しており、毛細管吸引（液体の表面張力によって発生）を利用して液体を還流します。チューブ内の液体は吸熱部で熱を吸収して蒸発し、冷却部で凝縮・還流して熱を循環させます。
真空チャンバーの動作原理はヒートパイプの動作原理に似ており、これにも伝導、蒸発、対流、凝縮という 4 つの主要なステップが含まれます。両者の主な違いは、熱伝導の方法の違いにあります。ヒートパイプの熱伝導モードは線形熱伝導モードである一次元ですが、真空チャンバーの熱伝導モードは面熱伝導モードである二次元です。ヒートパイプと比較して、均質化プレート、熱源、放熱媒体の接触面積が大きく、表面温度をより均一にすることができます。第二に、真空チャンバーを使用すると、熱源と機器に直接接触して熱抵抗を減らすことができますが、ヒートパイプは熱源とヒートパイプの間に基板を埋め込む必要があります。最後に、vpaor チャンバーは軽量化されており、統合型軽量携帯電話のトレンドにより適応可能です。関連する研究では、VC ラジエーターの性能がヒート パイプと比較して 20% ～ 30% 向上することが示されています。
ヒート パイプとベイパー チャンバーの熱伝導率は高くなりますが、原理は電話機の加熱コンポーネントから環境への熱の伝達を促進することです。最終的な熱効果は、依然として熱材料と空気の間の熱対流に依存します。したがって、放熱材料の熱特性が携帯電話の放熱効果に与える影響は否定できません。現在、「ヒートシンク（グラフェンフィルム/グラファイトシート）+ヒートパイプ/ベーパーチャンバー」の総合ソリューションが市場で徐々に認知されてきています。
