[PLUS] Grafikkarten: So funktioniert eine Vapor Chamber

[Bild 1] Oberhalb der Wärmequelle siedet das zunächst flüssige Arbeitsmedium. Hierbei können Alkohole, Ammoniak oder FKWs genutzt werden; im PC-Bereich ist Wasser üblich, das normalerweise bei 100 °C zu kochen beginnt. Durch Unterdruck in der Vapor Chamber (oder Heatpipe) lässt sich der Siedepunkt aber deutlich reduzieren, sodass der energieaufnehmende Übergang in die dampfförmige Phase schon knapp über Raumtemperatur einsetzt und eine deutliche Kühlwirkung entsteht.

[Bild 2] Der namensgebende Dampf (engl. vapor) ist das eigentliche Arbeitsmedium des Systems. Er breitet sich rasant innerhalb der geschlossenen Kammer aus und transportiert die aufgenommene Energie auch bei geringen Temperaturunterschieden (um die 5 Kelvin) schnell in kühlere Bereiche, was in massiven Werkstoffen unmöglich ist. Antrieb hierfür ist das durch Kondensation in kühlen Bereichen (siehe 3) entstehende Druckgefälle.

[Bild 3] An der kalten Seite kondensiert der Wasserdampf. Das Arbeitsmedium wird so wieder zurück in den flüssigen Aggregatzustand überführt. Die dabei frei werdende Wärmeenergie wandert, dem Temperaturgradienten folgend, durch Wärmeleitung in die eigentliche Kühlstruktur (siehe 4) weiter, sodass die Flüssigkeit nicht wieder verdunstet und weiterer Dampf kondensieren kann.

[Bild 4] Die aufgeheizte Vapor-Chamber-Oberseite ist schon deutlich größer als die zu kühlende Chip-Oberfläche, für eine effektive Wärmeabgabe an die Umgebungsluft wird sie zusätzlich durch Kühlfinnen erweitert. In der Regel sind diese aus günstigem, sehr dünnem Aluminiumblech gefertigt und flächenfüllend auf die Oberseite der Vapor Chamber aufgelötet. Die Flächenvergrößerung ist dabei beeindruckend: Bietet die Oberseite der Vega-Vapor-Chamber rund 100 cm² Fläche, wird diese durch 43 rund 2 cm hohe Kühlfinnen quasi verzehnfacht (1.000 cm²).Um die Kühlleistung noch weiter zu steigern, wird die Struktur aktiv belüftet, sodass die Luft sich schnell durch das Lamellenpaket bewegt.

[Bild 5] Um den Kreislauf zu schließen und die Kühlwirkung dauerhaft aufrecht zu erhalten, muss die flüssige Phase den Weg zurück zur Wärmequelle finden. Da die Kühlleistung bei jeder Ausrichtung gegeben sein muss, verlassen sich die Entwickler dabei nicht nur auf die Schwerkraft als Antriebskraft, sondern beschichten die Innenwände der Kupferkammer mit ausgeklügelten Strukturen. Diese bestehen entweder aus porös zusammengebackenen Kupferkügelchen ("Versintern") oder einer sehr feinen Kupfernetzstruktur. Das Funktionsprinzip gleicht dabei dem eines Schwammes oder Papiers. Die Hohlräume zwischen den einzelnen Kugeln oder Fasern wirken als Kapillaren und befördern das Wasser so auch entgegen der Schwerkraft.