Le refroidissement par chambre à vapeur joue un rôle croissant dans les produits chauds

La mise en œuvre de la technologie de refroidissement par chambre à vapeur pourrait s'avérer payante pour des applications particulières telles que en tant que systèmes embarqués avec des problèmes de gestion thermique critiques.

Les ingénieurs qui développent des produits avec une technologie embarquée doivent continuellement explorer comment parvenir à une gestion adéquate de la température. À mesure que les produits d'aujourd'hui deviennent de plus en plus petits et plus performants, ces caractéristiques augmentent la probabilité de surchauffe d'un appareil s'il ne possède pas de fonctionnalités internes qui l'aident à rester au frais.

Le refroidissement de la chambre à vapeur est une possibilité qui retient de plus en plus l'attention. Les chambres à vapeur ont des structures plates qui aident à transférer la chaleur uniformément dans un petit espace. De plus, ils contiennent un fluide qui s'évapore en un gaz une fois qu'il devient suffisamment chaud. Les chambres ont également de petits poteaux qui empêchent la structure de s'effondrer en raison de la pression atmosphérique extérieure et guident le fluide vers les bons endroits.

Une différence thermodynamique entre une chambre à vapeur et un caloduc conventionnel est que la chambre à vapeur transfère la chaleur en deux dimensions au lieu d'une. Les ingénieurs les utilisent généralement pour diffuser la chaleur de sa source vers les ailettes d'un dissipateur thermique.

De plus, la conductivité thermique efficace est liée aux propriétés thermodynamiques et à l'épaisseur de l'espace de vapeur. Au fur et à mesure que l'espace de vapeur s'épaissit, la chute de pression d'écoulement devient moins importante, ce qui augmente la conductivité thermique effective.

De nombreux ordinateurs de bureau ont des caloducs soudés au-dessus des chambres à vapeur, ce qui contribue davantage à un transfert de chaleur efficace. Cependant, certaines conceptions placent des caloducs dans la chambre à vapeur, rationalisant ainsi l'ensemble du processus. Étant donné que certaines chambres à vapeur sont aussi petites que 1 pouce sur 1 pouce, elles conviennent aux projets qui exigent de petites tailles d'emballage. De plus, leur épaisseur standard est de 3 à 9 millimètres, ce qui facilite leur insertion dans une base existante.

Peser le pour et le contre

L'efficacité du transfert est l'un des principaux avantages du choix du refroidissement par chambre à vapeur par rapport aux autres méthodes. Il peut dissiper jusqu'à 2 000 watts de chaleur dans une zone d'environ 4 centimètres carrés. Les ingénieurs le sélectionnent également pour aider à réduire les points chauds ou à gérer des densités de puissance élevées dans de petits boîtiers.

De plus, les chambres à vapeur tolèrent le contact direct avec les composants produisant de la chaleur, tels que les unités centrales de traitement (CPU).

Cependant, des inconvénients existent aussi. Pour commencer, le refroidissement par chambre à vapeur peut être plus coûteux que les méthodes de caloduc. S'il est utilisé pour des produits de grande consommation, les coûts de fabrication globaux peuvent être prohibitifs. Cependant, la mise en œuvre de la technologie de refroidissement par chambre à vapeur pourrait s'avérer payante pour des applications particulières telles que les systèmes embarqués avec des problèmes de gestion thermique critiques. La pondération des considérations de coût avec les impératifs de performance aide les ingénieurs à décider si le coût supplémentaire en vaut la peine pour un projet particulier.

La conception traditionnelle de la chambre à vapeur en deux parties comprend deux plaques de cuivre estampées. Ce type est plus coûteux que la plupart des caloducs, bien qu'il existe maintenant des conceptions monobloc. À mesure que la demande pour ceux-ci augmentait, les coûts sont tombés à peu près au même niveau que certains caloducs traditionnels.

Du point de vue des coûts de fabrication et de la disponibilité, les chambres à vapeur présentent certains inconvénients. La plupart des conceptions sont personnalisées et produites à des volumes relativement faibles. L'absence de conceptions standard augmente la flexibilité du projet, mais peut également augmenter les coûts. Cependant, les chercheurs ont étudié l'utilisation de la fabrication additive pour certains composants des chambres à vapeur. Cela pourrait augmenter la disponibilité et réduire les coûts.

Refroidissement du smartphone

Les smartphones représentent une catégorie de produits dans laquelle les gens veulent progressivement les derniers modèles et s'attendent à ce que ces options fassent plus pour eux à chaque sortie. Certains dirigeants d'entreprise espèrent que le refroidissement par chambre à vapeur pourrait améliorer les capacités de leurs nouveaux modèles.

Apple serait en train de tester la méthode de refroidissement pour ses prochains modèles.

Un analyste proche du dossier pense que la marque en aurait besoin pour suivre les caractéristiques les plus exigeantes des téléphones 5G. Ils ont noté que les tests de fiabilité précédents n'avaient pas répondu aux attentes d'Apple, mais pensent que la marque technologique pourrait viser à incorporer l'option dans un futur modèle. Si tel est le cas, la méthode de refroidissement pourrait améliorer la puissance de traitement tout en prolongeant la durée de vie de la batterie.

Microsoft a également récemment breveté un système impliquant des chambres à vapeur flexibles fixées aux charnières des téléphones pliables. Les dépôts de brevet suggèrent que la marque technologique utiliserait cette approche pour garder les appareils pliables à double écran au frais.

Certains smartphones contiennent déjà un refroidissement par chambre à vapeur. L'un d'eux est le Sony Xperia Pro.

Un démontage technique de l'appareil a confirmé qu'il avait une pièce métallique servant d'interface avec des feuilles de graphite qui évacuent la chaleur des composants du téléphone, y compris ses antennes 5G. Le métal envoie la chaleur dans une chambre à vapeur presque aussi haute et aussi large que l'appareil lui-même. Enfin, la chambre laisse passer la chaleur à travers l'écran de l'appareil.

Implications de conception

Les ingénieurs sont également intéressés par l'application du refroidissement par vapeur aux conceptions d'ordinateurs portables, en particulier avec un plus grand nombre de consommateurs qui les utilisent pour des jeux intensifs. Le principal avantage des chambres à vapeur dans ces cas d'utilisation est qu'elles permettent des conceptions plus minces. Lorsque les ingénieurs choisissent des caloducs pour le refroidissement, la conception de l'ordinateur en comporte souvent trois ou quatre pour déplacer la chaleur.

Cependant, le choix d'une conception de refroidissement par chambre à vapeur permet plutôt de supprimer plusieurs caloducs en boucle fermée. Ensuite, une seule chambre remplit la même fonction que plusieurs caloducs, permettant ainsi des conceptions d'ordinateurs portables plus minces.

Une chambre à vapeur permet aux concepteurs de matériel de synchroniser les charges thermiques de niveau inférieur avec le dissipateur thermique principal en les mettant en contact direct avec la chambre à vapeur. Cette option donne aux composants de stockage et de mémoire un chemin direct vers tous les dissipateurs thermiques à ailettes ou à ailettes utilisés pour une conception.

Avantages prouvés

Les concepteurs d'ordinateurs portables ont sélectionné des chambres à vapeur pour refroidir ces gadgets au cours des dernières années. Les preuves liées à un modèle d'ordinateur portable de jeu récent montrent les changements liés à la température qui peuvent se produire.

Par exemple, le Dell Alienware m15 R3 est doté d'un refroidissement par chambre à vapeur. Un examen approfondi du modèle a comparé les températures qui lui sont associées par rapport au modèle R2 précédent. Les testeurs ont confirmé que la température du modèle R2 s'est stabilisée à 99° Celsius (C) et 70° C pour le CPU et le GPU respectivement, même en utilisant la fonction de ventilateur Turbo de l'ordinateur portable. Cependant, avec le R3, les températures CPU et GPU se stabilisent respectivement à 73°C et 65°C. Les examinateurs ont cité le refroidissement de la chambre à vapeur comme la raison la plus probable de ce changement entre les modèles.

Combinaison de méthodes de refroidissement

Les ingénieurs qui souhaitent explorer les méthodes de refroidissement des chambres à vapeur pour leurs projets doivent garder à l'esprit que ces solutions peuvent prendre en charge d'autres options de contrôle de la température plutôt que de les remplacer.

Par exemple, un ordinateur portable de jeu Acer récemment sorti est doté d'un clavier coulissant qui révèle un panneau de verre. Cette caractéristique de conception permet aux utilisateurs de vérifier la technologie de refroidissement sans démonter l'ordinateur.

Outre une chambre à vapeur, la technologie de refroidissement comprend trois caloducs en cuivre, des ventilateurs et des évents près de l'écran. Le modèle dispose également de la technologie PowerGem d'Acer, qui adopte une approche différente de la pratique courante consistant à placer les processeurs sous une couche de pâte thermique qui évacue la chaleur de la puce. PowerGem utilise un pad qui, selon Acer, fonctionne plusieurs fois mieux que le cuivre.

Éclairage intelligent plus frais

La recherche suggère également que le refroidissement par vapeur pourrait résoudre certains des défis associés aux systèmes d'éclairage de l'Internet des objets (IoT) qui utilisent des ampoules LED. Une équipe qui a enquêté sur la question a indiqué que l'électronique supplémentaire requise pour les aspects de communication, de contrôle, de détection et d'alimentation des fonctionnalités IoT pourrait ajouter jusqu'à 70 % à la chaleur totale générée pendant le fonctionnement par rapport à si les produits ne disposaient pas de ces fonctionnalités de connectivité. .

De plus, si la chaleur augmente de 70 %, la température maximale de l'électronique augmente d'environ 25 %, ont constaté les chercheurs. Ainsi, il devient encore plus crucial de gérer les points chauds provoqués par la température globale plus élevée trouvée dans les ampoules IoT.

Cependant, l'une des recommandations de la recherche était de développer un substrat de dissipateur de chaleur basé sur la technologie de la chambre à vapeur. Les tests ont montré que de telles options offraient des performances thermiques supérieures de près de 25 % à celles des solutions sans chambre de vapeur lorsqu'elles étaient placées à l'avant d'une carte de circuit imprimé plutôt que sur le côté. De plus, les enquêtes ont indiqué que l'utilisation de systèmes de chambre à vapeur pourrait traiter les élévations de température des LED en raison de la génération de chaleur locale et des chemins de transfert de chaleur limités.

Cet exemple montre que le choix du refroidissement par chambre à vapeur n'est que le début de la planification du projet. Les ingénieurs doivent également explorer d'autres facteurs qui provoquent une augmentation de la température ou des effets de refroidissement associés.