Développement et application de chambres à vapeur

Avec l'émergence et le développement rapide de la technologie de communication mobile de cinquième génération (technologie 5G), les produits électroniques, en particulier les smartphones, les tablettes et autres produits, évoluent de plus en plus vers des performances élevées, une intégration élevée et une miniaturisation, ce qui entraîne un flux thermique ultra élevé. densité dans des espaces extrêmement étroits. En tant qu'élément de transfert de chaleur efficace, la chambre à vapeur présente les caractéristiques d'une faible résistance thermique et d'une température uniforme, et est largement utilisée dans le module de dissipation thermique des équipements à flux thermique élevé.

Les progrès de l'industrie électronique ont conduit au développement de produits électroniques vers une petite taille et une intégration élevée, ce qui entraîne une consommation d'énergie plus élevée des composants électroniques. Par exemple, la dissipation estimée des amplificateurs à bande interdite dans les domaines militaire et aérospatial dépasse 1 000 W/cm2. Les dissipateurs thermiques ordinaires ne peuvent plus répondre aux besoins de dissipation thermique à haute densité de flux thermique. Deux types de dissipateurs thermiques entraînés par des capillaires, tels que les caloducs, les caloducs plats et la chambre à vapeur, se sont révélés être les dispositifs de refroidissement passifs les plus efficaces parmi les deux dispositifs de refroidissement. Ils présentent des avantages tels qu'une forte conductivité thermique, un bon effet d'égalisation de la température et une forte adaptabilité structurelle. Les chambres à vapeur sont devenues un point chaud de recherche pour de nombreux chercheurs nationaux et étrangers en raison de leurs performances de dissipation thermique plus élevées.

À l'heure actuelle, les méthodes de dissipation thermique utilisées pour les appareils électroniques comprennent principalement la dissipation thermique au graphite, la dissipation thermique au graphène, la dissipation thermique par gel de conduction thermique, le refroidissement thermique par caloduc, le refroidissement par chambre à vapeur, etc., comme le montre le tableau 1. Parmi eux, la dissipation thermique en graphite , la dissipation thermique au graphène et la dissipation thermique par gel conducteur thermique appartiennent à des matériaux de dissipation thermique avec un effet de dissipation thermique limité, principalement utilisés dans les petits produits électroniques ; Les caloducs et les plaques chauffantes sont des composants de dissipation thermique avec une efficacité de dissipation thermique élevée et sont principalement utilisés dans les équipements électroniques de grande et moyenne taille. Bien que les caloducs et les chambres à vapeur utilisent le changement de phase pour réaliser la dissipation thermique, comprenant quatre étapes principales de conduction, d'évaporation, de convection et de condensation, leurs méthodes de conduction thermique sont différentes. Les caloducs sont un transfert de chaleur unidimensionnel, tandis que les plaques de trempage sont un transfert de chaleur bidimensionnel, avec une plus grande zone de contact avec le milieu de dissipation thermique, une dissipation thermique plus uniforme et une meilleure adaptabilité aux besoins des applications dans des domaines tels que les appareils électroniques miniaturisés. à l’ère de la 5G. Des études connexes ont montré que les performances d'un dissipateur thermique avec une plaque chauffante uniforme sont de 20 à 30 % supérieures à celles d'un caloduc, ce qui peut encore améliorer l'efficacité de la conductivité thermique.

La chambre à vapeur se compose d'une coque tubulaire scellée, d'un noyau poreux absorbant le liquide et d'un fluide de travail. Le fluide de travail liquide absorbe la chaleur et s'évapore à l'extrémité d'évaporation, puis est transporté sous forme gazeuse vers l'extrémité de condensation dans la cavité, où il libère de la chaleur et se condense. Le fluide de travail liquide condensé est entraîné par la force capillaire et ramené vers l'extrémité d'évaporation à travers un noyau d'aspiration poreux. Dans ce cycle, la plaque chauffante peut fonctionner indépendamment sans entraînement externe, complétant ainsi un transfert de chaleur efficace. La plaque de trempage peut être divisée en deux types selon la direction du transfert de chaleur, et les deux types de chambre à vapeur transfèrent la chaleur dans le sens de l'épaisseur et de la longueur. Le premier peut évacuer plus de chaleur grâce à une condensation à grande échelle ; Ce dernier peut transmettre sur de longues distances et maintenir d’excellentes performances d’uniformité de température. La chambre à vapeur est principalement divisée en chambre à vapeur standard (supérieure ou égale à 2 mm), chambre à vapeur ultra-mince (<2mm), and extreme ultra-thin vapor chamber (≤ 0.6mm) according to different thicknesses.

L'application des chambres à vapeur peut être divisée en deux catégories basées sur différents environnements d'application, à savoir les applications en environnement terrestre et les applications en environnement aérospatial. Le premier se trouve dans un environnement gravitationnel, comme les stations de base 5G, les produits électroniques tels que les téléphones mobiles et les ordinateurs, le refroidissement électronique automobile, etc., tandis que le second se trouve dans un environnement apesanteur, en microgravité ou en supergravité, comme dans l'aérospatiale. champ.

Les composants électroniques génèrent une grande quantité de chaleur dans un petit volume et la dissipation efficace de la chaleur est devenue l'une des principales difficultés du développement technologique ultérieur. Par rapport aux caloducs traditionnels, la plaque chauffante uniforme, en tant que nouveau type de dispositif de conduction thermique, peut entrer directement en contact avec la source de chaleur et transférer uniformément la chaleur dans toutes les directions. Il présente des performances de conduction thermique efficaces et uniformes et est largement utilisé dans des domaines tels que l'électronique, l'aérospatiale et les véhicules à énergies nouvelles.