蒸汽室冷卻在熱產(chǎn)品中的作用越來越大

使用嵌入式技術(shù)開發(fā)產(chǎn)品的工程師必須不斷探索如何實現(xiàn)適當(dāng)?shù)臏囟裙芾?。隨著今天的產(chǎn)品變得越來越小，功能越來越強大，如果設(shè)備沒有幫助其保持涼爽的內(nèi)部功能，這些特性會增加設(shè)備過熱的可能性。

蒸汽室冷卻是一種越來越受到關(guān)注的可能性。蒸汽室具有扁平結(jié)構(gòu)，有助于在小空間內(nèi)均勻地傳遞熱量。另外，它們含有一種液體，一旦它變得足夠熱，就會蒸發(fā)成氣體。腔室還有小柱子，可防止結(jié)構(gòu)因外部大氣壓力而倒塌，并將流體引導(dǎo)到正確的位置。

均熱板和傳統(tǒng)熱管之間的一個熱力學(xué)差異是均熱板以二維而不是一維傳遞熱量。工程師通常使用它們將熱量從其來源傳播到散熱器的散熱片。

此外，有效熱導(dǎo)率與熱力學(xué)性質(zhì)和蒸汽空間的厚度有關(guān)。隨著蒸汽空間變厚，流動壓降變得不那么突出，這增加了有效熱導(dǎo)率。

許多臺式計算機在均熱板頂部焊接了熱管，這進(jìn)一步有助于有效的熱傳遞。然而，一些設(shè)計將熱管放置在均熱板中，從而簡化了整個過程。由于一些蒸汽室只有 1 英寸乘 1 英寸，因此它們適合需要小包裝尺寸的項目。此外，它們的標(biāo)準(zhǔn)厚度為 3-9 毫米，便于將它們插入現(xiàn)有的底座。

權(quán)衡利弊

傳輸效率是選擇蒸汽室冷卻而不是其他方法的主要好處之一。它可以在大約 4 平方厘米的區(qū)域內(nèi)散發(fā)高達(dá)2,000 瓦的熱量。工程師還選擇它來幫助減少熱點或處理小封裝中的高功率密度。

此外，均熱板允許直接接觸發(fā)熱組件，例如中央處理器 (CPU)。

然而，缺點也存在。首先，蒸汽室冷卻可能比熱管方法更昂貴。如果用于大批量消費產(chǎn)品，總體制造成本可能會令人望而卻步。然而，實施均熱板冷卻技術(shù)可以為特定應(yīng)用帶來回報，例如具有關(guān)鍵熱管理問題的嵌入式系統(tǒng)。權(quán)衡成本考慮因素和性能要求有助于工程師確定額外成本對于特定項目是否值得。

傳統(tǒng)的兩件式均熱板設(shè)計包括兩個沖壓銅板。這種類型的熱管比大多數(shù)熱管都貴，盡管現(xiàn)在有單件設(shè)計。隨著對這些產(chǎn)品的需求攀升，成本已降至與某些傳統(tǒng)熱管大致相同的成本。

從制造成本和可用性的角度來看，蒸汽室有一些缺點。大多數(shù)設(shè)計都是定制的，并且產(chǎn)量相對較低。缺乏標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計增加了項目的靈活性，但也會增加成本。然而，研究人員已經(jīng)研究了對某些均熱板組件使用增材制造的方法。這可以提高可用性并降低成本。

智能手機散熱

智能手機代表了一種產(chǎn)品類別，人們逐漸想要最新的型號，并期望這些選項在每次發(fā)布時為他們做更多的事情。一些公司領(lǐng)導(dǎo)希望蒸汽室冷卻能夠增強他們新型號的能力。

據(jù)報道，蘋果正在為其即將推出的型號測試?yán)鋮s方法。

一位熟悉此事的分析師認(rèn)為，該品牌需要它來跟上 5G 手機要求更高的特性。他們指出，之前的可靠性測試沒有達(dá)到蘋果的預(yù)期，但相信這個科技品牌可能會在未來的型號中加入這一選項。如果是這樣，冷卻方法可以提高處理能力，同時延長電池壽命。

微軟最近還為一個系統(tǒng)申請了專利，該系統(tǒng)涉及連接到可折疊手機鉸鏈上的柔性蒸汽室。專利申請表明，該科技品牌將使用這種方法來保持折疊雙屏設(shè)備的涼爽。

一些智能手機已經(jīng)包含蒸汽室冷卻。其中之一是索尼 Xperia Pro。

對該設(shè)備的技術(shù)拆解證實，它有一塊金屬片作為與石墨片的接口，可以將熱量從手機的組件（包括其 5G 天線）中吸走。金屬將熱量傳遞到幾乎與設(shè)備本身一樣高和寬的蒸汽室。最后，腔室通過設(shè)備的屏幕散發(fā)熱量。

設(shè)計意義

工程師們還對將蒸汽冷卻應(yīng)用于筆記本電腦設(shè)計感興趣，尤其是在越來越多的消費者將其用于密集游戲的情況下。在這些用例中，均熱板的主要優(yōu)點是它們允許更薄的設(shè)計。當(dāng)工程師選擇熱管進(jìn)行冷卻時，計算機的設(shè)計通常采用三到四個來移動熱量。

但是，選擇均熱板冷卻設(shè)計可以取消多個閉環(huán)熱管。然后，單個腔室執(zhí)行與多個熱管相同的功能，從而允許更薄的筆記本電腦設(shè)計。

均熱板讓硬件設(shè)計人員通過使它們與均熱板直接接觸，將較低級別的熱負(fù)載同步到主散熱器。該選項為存儲和內(nèi)存組件提供了通往任何用于設(shè)計的扇形或翅片式散熱器的直接路徑。

經(jīng)證實的好處

在過去的幾年里，筆記本電腦設(shè)計師選擇了蒸汽室來冷卻這些小工具。與最近的游戲筆記本電腦型號相關(guān)的證據(jù)顯示了可能發(fā)生的與溫度相關(guān)的變化。

例如，Dell Alienware m15 R3 具有蒸汽室冷卻功能。對該模型的廣泛審查將與之相關(guān)的溫度與之前的 R2 模型進(jìn)行了比較。測試人員確認(rèn)，即使在使用筆記本電腦的 Turbo 風(fēng)扇功能時，R2 型號的 CPU 和 GPU 溫度也分別穩(wěn)定在 99°C 和 70°C。然而，在 R3 中，CPU 和 GPU 溫度分別穩(wěn)定在 73° C 和 65° C。審稿人認(rèn)為蒸汽室冷卻是導(dǎo)致模型之間發(fā)生這種變化的最可能原因。

結(jié)合冷卻方法

有興趣為其項目探索均熱板冷卻方法的工程師應(yīng)記住，此類解決方案可以支持其他溫度控制選項，而不是替換它們。

例如，最近發(fā)布的 Acer 游戲筆記本電腦配備了一個可顯示玻璃面板的滑動鍵盤。該設(shè)計功能使用戶無需拆卸計算機即可檢查冷卻技術(shù)。

除了蒸汽室，冷卻技術(shù)還包括三個銅熱管、風(fēng)扇和靠近屏幕的通風(fēng)口。該模型還具有 Acer 的 PowerGem 技術(shù)，該技術(shù)采用的方法與將 CPU 置于一層導(dǎo)熱膏下以將熱量從芯片帶走的常見做法不同。PowerGem 使用 Acer 聲稱比銅好幾倍的焊盤。

冷卻器智能照明

研究還表明，蒸汽冷卻可以解決與使用 LED 燈泡的物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 照明系統(tǒng)相關(guān)的一些挑戰(zhàn)。一個調(diào)查此事的團(tuán)隊表示，與沒有這些連接功能的產(chǎn)品相比，物聯(lián)網(wǎng)功能的通信、控制、傳感和電源方面所需的額外電子設(shè)備可能會增加運行期間產(chǎn)生的總熱量的 70% .

此外，研究人員發(fā)現(xiàn)，如果熱量增加 70%，電子設(shè)備的最高溫度會增加約 25%。因此，處理由物聯(lián)網(wǎng)燈泡中的整體較高溫度帶來的熱點變得更加重要。

然而，研究中的一項建議是開發(fā)基于均熱板技術(shù)的散熱器基板。測試表明，當(dāng)放置在印刷電路板的正面而不是側(cè)面時，這些選項比非蒸汽室解決方案提供了近 25% 的熱性能。此外，調(diào)查表明，使用均熱板系統(tǒng)可以解決由于局部發(fā)熱和有限的傳熱路徑導(dǎo)致的 LED 溫度升高問題。

這個例子表明，選擇均熱板冷卻只是項目規(guī)劃的開始。工程師還必須探索導(dǎo)致溫度升高或相關(guān)冷卻效應(yīng)的其他因素。

審核編輯 黃昊宇