Kleiner ist schwieriger: Die technischen Grenzen und Innovationen von ultradünnen Kühlkörpern in der Unterhaltungselektronik
Der Trend zur Leichtigkeit und Dünnheit der Unterhaltungselektronik ist ungebrochen. Im Jahr 2026 ist die Dicke von Mobiltelefonen mit Klappbildschirm unter 6,5 mm gesunken, die Z-Höhe der Hauptplatinenfläche von Tablet-Computern kann auf 1,5 mm komprimiert werden, und der verbleibende Platz für Kühlkörper im Bügel der AR-Brille wird in Kubikmillimetern gemessen. Unter diesen extremen Volumenbeschränkungen werden die physikalische Form und der Herstellungsprozess von Hardware-Kühlkörpern auf die Spitze getrieben.
Die traditionelle minimale Wandstärke des Aluminiumstrangpressens ist durch die Festigkeit der Matrize und das Strangpressverhältnis begrenzt, und die Dicke der Grundplatte des Kühlkörpers beträgt in der Regel nicht weniger als 1,2 mm. Um diese Einschränkung zu durchbrechen, hat die Industrie ein gemischtes Verfahren aus "Titan-Kupfer-Ätzen + Diffusionsschweißen" entwickelt. Zunächst werden Dutzende von mikroelastischen Strukturen durch Präzisionsätzen auf einem 0,1 mm dicken Titan- und Kupferlegierungsblech bearbeitet, und dann werden das mehrschichtige Ätzblech und die Grundplatte aus Aluminiumlegierung direkt durch atomare Diffusion in einem Vakuumofen geschweißt, um einen "Sandwich" -Kühlkörper mit einer Gesamtdicke von nur 1,0 mm zu bilden. Sein Inneres ist mit 50-μm-Mikrokanälen gefüllt, die mit Arbeitsflüssigkeiten mit niedrigem Siedepunkt gefüllt werden können, um eine passive Zweiphasenströmung der Wärmeableitung zu bilden. Die äquivalente Wärmeleitfähigkeit erreicht mehr als 2000 W / m · K und wurde in der SoC-Wärmeableitung in der Nähe der rotierenden Welle von Mobiltelefonen mit Klappbildschirm in Massenproduktion hergestellt.
Für Mainstream-Smartphones ist das Monomer der Einweichplatte und des Metallkühlkörpers der wichtigste Designtrend im Jahr 2026. In der Vergangenheit war der Wärmeableitungspfad eine SoC-Thermogel-Einweichplatte mit wärmeleitendem Kleber-Aluminium-Kühlkörperschirm-Kupferfolie mit einer sechsschichtigen Schnittstelle, die eine große Wärmebeständigkeit bietet. Das neue Verfahren nutzt den Kühlkörper als obere Abdeckung der Einweichplatte, um direkt an der Abdichtung des zweiphasigen Strömungshohlraums teilzunehmen. Konkret wird auf einer 0,3 mm dicken Einweichplattenschale aus Kupferlegierung eine 0,5 mm hohe Wärmeableitungsrippe direkt durch Schaufelzähne verarbeitet, und dann wird die Kupferschale lasergeschweißt und mit der unteren Abdeckplatte versiegelt, und nach der Flüssigkeitseinspritzung entsteht eine "Einweichplatte mit eigenem Kühlkörper". Die Struktur komprimiert die Z-Höhe von den traditionellen 1,8 mm auf 1,0 mm, wodurch der Wärmewiderstand um etwa 40% reduziert und der Montageprozess der gesamten Maschine vereinfacht wird.
Ein Verfahren namens "3D-Druck konforme Kühlkörper" ist bei Tablets und dünnen und leichten Notebooks beliebt. Durch selektives Laserschmelzen zum Drucken von Pulver aus Aluminiumlegierungen können komplexe innere Strömungskanäle und Gitterstrukturen erzeugt werden, die durch herkömmliche Bearbeitung nicht hergestellt werden können, und der Kühlkörper kann mit Halterungen und Abschirmungen zu einem einzigen Teil kombiniert werden. Obwohl die Kosten für den 3D-Druck immer noch höher sind als die für Stanzen und CNC, übersteigt die damit verbundene Integrationsdividende im Wärmeableitungsmodul von High-End-2-in-1-Geräten den Kostenzuwachs. Durch generative Designalgorithmen können 3D-Druck-Kühlkörper automatisch eine optimierte Gitter- und Lamellendichteverteilung innerhalb einer gegebenen Volumenhülle erzeugen, so dass die Wärmeableitungskapazität unter natürlicher Konvektion im Vergleich zu herkömmlichen geraden Rippen um mehr als 30% erhöht werden kann.
Es ist erwähnenswert, dass Hardware-Kühlkörper im Bereich der Wearables "flexibel" werden. Ein Armband zur Strahlungswärmeableitung auf der Basis einer Nickel-Titan-Memory-Legierung hat mit der Massenproduktion begonnen. Es überträgt die Wärme nahe am unteren Gehäuse der Uhr, wenn es unter 25 ° C ist, und biegt sich automatisch nach außen, wenn es über 28 ° C ist, um die Luftkontaktfläche zu vergrößern, wodurch ein Kühlkörper entsteht, der sich automatisch mit der Temperatur verformt. Obwohl die Lieferungen dieser Art von Produkten derzeit nicht groß sind, stellt es den Sprung der Hardware-Kühlkörper von starren Teilen zu intelligenten Reaktionskomponenten dar und kündigt die Zukunft von Kühlkörpern mit eingebetteten Sensor- und Ausführungsfunktionen an.
Der Wettbewerb um die Miniaturisierung von Kühlkörpern in der Unterhaltungselektronik ist im Wesentlichen ein Wettlauf an die Grenzen der Präzisionsbearbeitung und der Überschneidung von Materialwissenschaft und Mikro-Nano-Fertigung. Unternehmen, die Wärmeübertragungsstrukturen im 0,1-mm-Maßstab erreichen können, bauen einen unüberwindbaren Prozessgraben.
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