17 feb. 1999
3 minuten
Fujitsu Laboratories heeft ‘s werelds dunste koelcomponent ontwikkeld, die is bedoeld voor kleine, platte elektronische producten, zoals smartphones, tablets en andere multifunctionele en snelle mobiele toestellen.
De keerzijde van de steeds grotere functionaliteit en snelheid van moderne elektronische producten, is dat ook de warmte toeneemt die wordt gegenereerd door de elektronicacomponenten in de extreem dicht gepakte toestellen. Om oververhitting te voorkomen moeten sommige componenten dan ook ter plaatse worden gekoeld.
Fujitsu heeft, om plaatselijke koeling te realiseren, een lusvormige thermische pijp (heatpipe) ontwikkeld die minder dan 1 mm dik is. Deze heatpipe kan ongeveer vijf maal zoveel warmte afvoeren als de momenteel gangbare dunne heatpipes. Met de thermische pijp kunnen processoren en andere warmte genererende componenten op een lagere temperatuur werken en worden hot spots in de toestellen voorkomen.
Details van de technologie werden gepresenteerd op het Semiconductor Thermal Measurement, Modeling and Management Symposium 31 (Semi-Therm 31) in San Jose, Californië.
Technologische uitdaging
Kleine mobiele toestellen kunnen niet worden uitgerust met ventilatoren of waterkoeling. De conventionele benadering voor koeling is om folies van metaal of koolstof te installeren met een relatief hoge thermische geleiding. Daarmee wordt de warmte weggeleid van de warme componenten. Maar nu er door toenemende specificaties steeds meer warmte wordt opgewekt, zijn de thermische eigenschappen van de materialen niet meer voldoende om al die warmte af te voeren.
De ‘loop heatpipe’ is een component voor warmtetransport, die bestaat uit een evaporator die de warmte van de bron absorbeert en condenser die d warmte wegdissipeert. Beide componenten zijn met elkaar in een lus verbonden door pijpen.
In de gesloten lus is een koelvloeistof opgenomen. Door de warmte van de bron verdampt de vloeistof en daardoor wordt energie bij de bron weggenomen, zodat de temperatuur daalt. De door Fujitsu ontwikkelde koeler kan op een component worden geplaats die warm wordt; die warmte wordt dan afgevoerd naar een relatief koele plaats in het toestel.
Werking van de heatpipe
De warmteoverdracht van een thermische lus is gebaseerd op dezelfde capillaire werking die optreedt als water wordt geabsorbeerd in vezels, sponzen en planten. De evaporator bestaat uit een poreuze structuur met veel kleine gaatjes, wat zorgt voor de capillaire werking van de vloeistof. Om die werking tot stand te brengen, stapelde Fujitsu een aantal koperen folies met minuscule poriën. Het patroon van gaatjes dat in de folies is geëtst, is zo uitgelijnd dat de gaatjes van de lagen niet helemaal precies boven elkaar liggen. Hierdoor ontstaat de capillaire werking, waardoor de vloeistof gaat circuleren. Bovendien ontstaan door het scheiden van een dampfase en een vloeistoffase twee stromen in de gestapelde structuur, wat een efficiënte warmteoverdracht oplevert. Omdat de vloeistoflijn – die de vloeistof terug leidt naar de evaporator – functioneert door capillaire werking, wordt de warmte stabiel getransporteerd, ongeacht de orëntatie van het toestel waarin de heatpipe zich bevindt.
De koperfolies in deze heatpipe zijn slechts 0,1 mm dik. De stapel telt in totaal zes lagen: twee oppervlaktelagen en vier binnenlagen. In momenteel gangbare heatpipes is de evaporator ongeveer 10 mm dik; dat kan nu worden gereduceerd tot 0,6 mm.
Het geëtste patroon in een van de binnenlagen van de evaporator
Anderen lazen ook
