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(shí)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(qiáng)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(huì)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(huì)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(gè)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(dòng)壓降變得不那么突出，這增加了有效熱導(dǎo)率。

許多臺(tái)式計(jì)算機(jī)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(jì)將熱管放置在均熱板中，從而簡化了整個(gè)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(xiàng)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(diǎn)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(diǎn)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(fèi)產(chǎn)品，總體制造成本可能會(huì)令人望而卻步。然而，實(shí)施均熱板冷卻技術(shù)可以為特定應(yīng)用帶來回報(bào)，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(duì)于特定項(xiàng)目是否值得。

傳統(tǒng)的兩件式均熱板設(shè)計(jì)包括兩個(gè)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(jì)。隨著對(duì)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(diǎn)。大多數(shù)設(shè)計(jì)都是定制的，并且產(chǎn)量相對(duì)較低。缺乏標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)增加了項(xiàng)目的靈活性，但也會(huì)增加成本。然而，研究人員已經(jīng)研究了對(duì)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(jī)散熱

智能手機(jī)代表了一種產(chǎn)品類別，人們逐漸想要最新的型號(hào)，并期望這些選項(xiàng)在每次發(fā)布時(shí)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(qiáng)他們新型號(hào)的能力。

據(jù)報(bào)道，蘋果正在為其即將推出的型號(hào)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(jī)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(gè)科技品牌可能會(huì)在未來的型號(hào)中加入這一選項(xiàng)。如果是這樣，冷卻方法可以提高處理能力，同時(shí)延長電池壽命。

微軟最近還為一個(gè)系統(tǒng)申請(qǐng)了專利，該系統(tǒng)涉及連接到可折疊手機(jī)鉸鏈上的柔性蒸汽室。專利申請(qǐng)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(jī)已經(jīng)包含蒸汽室冷卻。其中之一是索尼 Xperia Pro。

對(duì)該設(shè)備的技術(shù)拆解證實(shí)，它有一塊金屬片作為與石墨片的接口，可以將熱量從手機(jī)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(jì)意義

工程師們還對(duì)將蒸汽冷卻應(yīng)用于筆記本電腦設(shè)計(jì)感興趣，尤其是在越來越多的消費(fèi)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(diǎn)是它們?cè)试S更薄的設(shè)計(jì)。當(dāng)工程師選擇熱管進(jìn)行冷卻時(shí)，計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)通常采用三到四個(gè)來移動(dòng)熱量。

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

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

經(jīng)證實(shí)的好處

在過去的幾年里，筆記本電腦設(shè)計(jì)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(hào)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(duì)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(shí)，R2 型號(hào)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(xiàng)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(xiàng)，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(gè)可顯示玻璃面板的滑動(dòng)鍵盤。該設(shè)計(jì)功能使用戶無需拆卸計(jì)算機(jī)即可檢查冷卻技術(shù)。

除了蒸汽室，冷卻技術(shù)還包括三個(gè)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(gè)調(diào)查此事的團(tuán)隊(duì)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(huì)增加運(yùn)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(huì)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(diǎn)變得更加重要。

然而，研究中的一項(xiàng)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(shí)，這些選項(xiàng)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(gè)例子表明，選擇均熱板冷卻只是項(xiàng)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