ベイパーチャンバーの開発と応用

第 5 世代移動通信技術 (5G 技術) の出現と急速な発展に伴い、電子製品、特にスマートフォンやタブレットなどの製品はますます高性能化、高集積化、小型化が進んでおり、その結果、超高熱流束が発生しています。非常に狭い空間での密度。ベーパーチャンバーは効率的な熱伝達要素として、低い熱抵抗と均一な温度という特性を備えており、高熱流束機器の放熱モジュールに広く使用されています。

電子産業の進歩により、電子製品の小型化、高集積化が進み、その結果、電子部品の消費電力が増大しています。たとえば、軍事および航空宇宙におけるバンドギャップ増幅器の推定損失は 1000W/cm2 を超えています。通常のヒートシンクでは、高熱束密度の放熱のニーズを満たすことができなくなりました。ヒート パイプ、フラット ヒート パイプ、ベイパー チャンバーなど、毛細管によって駆動される 2 種類のヒートシンクは、2 つの冷却デバイスの中で最も効果的な受動的冷却デバイスであることが証明されています。強い熱伝導率、良好な温度均一化効果、強い構造適応性などの利点があります。ベイパーチャンバーは、その高い放熱性能により、国内外の多くの学者の注目の研究スポットとなっています。

現在、電子機器に使用される放熱方法には、表1に示すように、主にグラファイト放熱、グラフェン放熱、熱伝導ゲル放熱、ヒートパイプ熱冷却、蒸気室冷却などが含まれます。 、グラフェン放熱と熱伝導ゲル放熱は、放熱効果が限られた放熱材料に属し、主に小型電子製品に使用されます。ヒートパイプやヒートプレートは放熱効率の高い放熱部品で、主に中大型の電子機器に使用されています。ヒート パイプとベイパー チャンバーはどちらも、伝導、蒸発、対流、凝縮の 4 つの主要なステップを含む相変化を利用して熱放散を実現しますが、それらの熱伝導方法は異なります。ヒートパイプは一次元の熱伝達であるのに対し、均熱プレートは二次元の熱伝達であり、放熱媒体との接触面積が大きく、より均一な熱放散が得られ、小型電子機器などの用途のニーズに適応します。 5G時代に。関連する研究によると、均一な熱板を備えたヒートシンクの性能はヒートパイプの性能よりも 20% ～ 30% 高く、熱伝導効率をさらに向上させることができます。

蒸気チャンバーは、密閉されたチューブシェル、多孔質の液体吸収コア、および作動流体で構成されます。液体の作動流体は蒸発端で熱を吸収して蒸発し、その後気体の状態でキャビティ内の凝縮端に輸送され、そこで熱を放出して凝縮します。凝縮した液体の作動流体は毛細管力によって駆動され、多孔質の吸引コアを通って蒸発端に戻されます。このサイクルでは、加熱プレートは外部電力駆動なしで独立して動作できるため、効率的な熱伝達が完了します。均熱板は熱伝達の方向に応じて 2 つのタイプに分けることができ、厚さ方向と長さ方向に沿って熱を伝達する 2 つのタイプのベーパーチャンバーがあります。前者は大規模な凝縮によってより多くの熱を奪うことができます。後者は長距離伝送が可能で、優れた温度均一性性能を維持します。ベーパーチャンバーは主に標準ベーパーチャンバー（2mm以上）、極薄ベーパーチャンバー（<2mm), and extreme ultra-thin vapor chamber (≤ 0.6mm) according to different thicknesses.

ベーパーチャンバーの用途は、異なる用途環境に基づいて 2 つのカテゴリ、つまり地上環境用途と航空宇宙環境用途に分類できます。前者は 5G 基地局、携帯電話やコンピュータなどの電子製品、自動車の電子冷却などの重力環境にあり、後者は航空宇宙などの無重力、微小重力、または超重力環境にあります。分野。

電子部品は少量で大量の熱を発生するため、効果的な熱放散がさらなる技術開発における主な困難の 1 つとなっています。従来のヒートパイプと比較して、均一熱プレートは新しいタイプの熱伝導デバイスとして、熱源に直接接触し、熱を全方向に均一に伝達します。効率的かつ均一な熱伝導性能を有しており、エレクトロニクス、航空宇宙、新エネルギー車などの分野で広く使用されています。