Mit der Ankündigung dieser besonders dünnen Kühleinheit für die aktuellen dünnen und tragbaren Elektronikgeräte gibt Fujitsu den Elektronikentwicklern ein interessantes Produkt zur Hand. Mit der Heatpipe lassen sich so manche Hitzeprobleme in den Systemdesigns weitaus besser lösen als bisher.
Fünfmal weniger Hitze
Smartphones, Tablets und andere ähnliche Geräte werden mehr und mehr multifunk-tional und schneller. Das bringt eine erhöhte Wärmeentwicklung sowie potenziell sogenannte problematische Überhitzungspunkte in den Modulen und Schaltkreisen mit sich. Das weniger als 1 mm dünne Schleifen-Wärmerohr wurde mit gestapelten Metallblättern gefertigt und kann laut Anbieter im Vergleich mit aktuellen dünnen Wärmerohren bis zu fünfmal mehr Hitze ableiten. Details dieser sehr interessanten Entwicklung wurden auf dem «Semiconductor Thermal Measurement, Modeling and Management Symposium 31» in San Jose, Kalifornien, erstmals vorgestellt.
Wärmeabfuhr reicht nicht mehr
Da tragbare Geräte für ihre Kühlung keine Kühlventilatoren oder Kühlwasserpumpen aufnehmen können, behilft man sich bisher für die Wärmeableitung mit der Installation von Metall- oder Graphenblättern, die dank guter Wärmeableitfähigkeit Hotspots vermeiden. Aber diese Wärmeleitfähigkeit ist bereits in vielen Designfällen nicht mehr ausreichend. Ein Schleifenwärmerohr besteht aus einem Verdampfer, der die Hitze von der Wärmequelle absorbiert, und einem Kühler, der die anfallende Wärme abstrahlt. Beide Komponenten werden durch ein Rohr in einer Schleife verbunden. In der geschlossenen Schleife befindet sich eine Kühlflüssigkeit.
Porenstrukturen der Kupferblätter sind gegeneinander leicht versetzt
Die Wärme der Hitzequelle verdampft die Kühlflüssigkeit und die Verdampfungsenergie wird von der Hitzequelle weggeführt, deren Temperatur dadurch sinkt. Das neue Wärmerohr lässt sich zum Beispiel mit einer CPU verbinden. Der Verdampfer besteht aus einer porösen Struktur mit vielen Löchern, die die Flüssigkeit mit einer Kapillarfunktion antreiben. Um eine hohe Kühlleistung zu erreichen, stapelten die Fujitsu-Experten Kupferblätter zu einer Struktur, die unter anderem winzige Poren aufweist. Die Porenstrukturen der einzelnen Kupferblätter sind gegeneinander leicht versetzt und realisieren somit den Kapillareffekt.
Durch die Trennung der Dampf- und Flüssigkeitsphasen gibt es in der Stapelstruktur zwei Flüssigkeitsströme, die einen effizienten Wärmetransport sicherstellen. Die in der neuen Heatpipe verwendeten Kupferblätter sind nur 0,1 mm dünn. Hinzu kommen zwei Oberflächenblätter und vier Blätter in der Innenschicht. Der ehemals 10 mm dicke Verdampfer liess sich so auf 0,6 mm reduzieren. Für die gesamte Funktion der Wärmeableitung wird nur die Hitze der Wärmequelle als Antriebsenergie benutzt.
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