รู้จัก Vapor Chamber คืออะไร ทำงานยังไง ทำไมนิยมใช้ระบายความร้อนในมือถือและโน้ตบุ๊ก

หลังจากที่ iPhone 17 Pro Series เปิดตัวไปไม่นาน ก็มาพร้อมกับเทคโนโลยีระบายความร้อนใหม่อย่าง Vapor Chamber ทำให้หลายคนเริ่มหันมาสนใจระบบระบายความร้อนในอุปกรณ์พกพามากขึ้น ทั้ง ๆ ที่เทคโนโลยีนี้มีมานานแล้ว และถูกใช้ในหลากหลายอุปกรณ์ ไม่ว่าจะเป็นโน้ตบุ๊ก เกมมิ่งโฟน หรือแม้แต่การ์ดจอระดับสูงของคอมพิวเตอร์ แต่วันนี้เราจะมาคุยกันเฉพาะใน “มือถือ” และ “โน้ตบุ๊ก” ว่าแท้จริงแล้วระบบระบายความร้อนมันทำงานยังไง และทำไมถึงสำคัญขนาดนั้น

ความร้อนของอุปกรณ์มาจากไหน

หนึ่งในปัญหาคลาสสิกที่ผู้ใช้ iPhone หลายรุ่นก่อน ๆ เจอกันบ่อยคือ “เครื่องร้อน” โดยเฉพาะเวลาทำงานหนัก ๆ อย่างเล่นเกมยาว ๆ หรือถ่ายวิดีโอ 4K ต่อเนื่อง พอเครื่องเริ่มร้อนมากเข้า ประสิทธิภาพก็ลดลง บางทีก็หรี่แสงหน้าจออัตโนมัติเพื่อป้องกันความเสียหาย

จริง ๆ แล้ว “ความร้อน” ไม่ใช่เรื่องแปลกเลยครับ เพราะต้นเหตุหลักมาจาก “ชิปประมวลผล” ที่อยู่ภายในตัวเครื่องนั่นเอง ทุกครั้งที่ชิปทำงาน มันจะใช้พลังงานไฟฟ้า และพลังงานบางส่วนจะถูกเปลี่ยนเป็นความร้อน ยิ่งชิปแรงเท่าไหร่ ก็ยิ่งปล่อยความร้อนมากขึ้นเท่านั้น

ผู้ผลิตจึงต้องหาวิธีพาความร้อนออกจากชิปให้เร็วที่สุด ไม่ให้มันสะสมอยู่ที่จุดเดียว เพราะถ้าปล่อยไว้นาน เครื่องก็จะร้อนจัดจนต้องลดความเร็วลงเอง หรือที่เรียกว่า Thermal Throttling เพื่อป้องกันไม่ให้วงจรภายในเสียหาย

แต่ด้วยข้อจำกัดของสมาร์ทโฟนที่ทั้งเล็กและบาง ทำให้พื้นที่ภายในแทบไม่มีเหลือสำหรับระบบระบายความร้อนขนาดใหญ่ ผู้ผลิตจึงต้องคิดค้นเทคนิคใหม่ ๆ เช่น Heat Pipe หรือ Vapor Chamber เข้ามาช่วย เพื่อให้เครื่องระบายความร้อนได้ดีขึ้นโดยไม่ต้องเพิ่มความหนา หรือใช้พัดลมให้เกิดเสียงรบกวน

ส่วนฝั่งโน้ตบุ๊ก เรื่องความบางและเสียงเงียบอาจไม่ถึงกับเข้มงวดเท่ามือถือ เพราะมีพื้นที่มากกว่า จึงมักเห็นการติดตั้งระบบระบายความร้อนขนาดใหญ่ขึ้น มีทั้ง Heat Pipe หลายเส้นและพัดลมคู่ช่วยเป่าลมออกด้านหลัง ซึ่งเพียงพอต่อการใช้งานทั่วไปอยู่แล้ว

แต่ในโน้ตบุ๊กที่ใช้สเปกแรง โดยเฉพาะสายเกมมิ่งหรือรุ่นบางเบาระดับพรีเมียม ผู้ผลิตเริ่มหันมาใช้ Vapor Chamber มากขึ้น เพราะมันช่วยควบคุมอุณหภูมิของชิปได้ดีกว่า กระจายความร้อนได้ทั่วกว่า และทำให้เครื่องแรงได้ต่อเนื่องยาวนานโดยไม่ต้องเพิ่มเสียงพัดลมหรือความหนาตัวเครื่อง

ดังนั้นต่อไปเราจะพาไปดูให้ชัดกันครับว่า “Vapor Chamber ทำงานยังไง” และทำไมเทคโนโลยีนี้ถึงถูกพูดถึงมากในยุคที่มือถือกับโน้ตบุ๊กต้องแรงขึ้นเรื่อย ๆ แต่ยังต้องบางและเงียบเหมือนเดิม

Vapor Chamber คืออะไร

ถ้าเราแกะเครื่องออกมาดู จะเห็นแผ่นโลหะแบน ๆ แทรกตัวอยู่ระหว่างแผงวงจรกับฝาหลังหรือหน้าจอ นั่นแหละครับคือ Vapor Chamber มันเป็นอีกหนึ่งชั้นในโครงสร้างภายในที่อยู่ใกล้ชิปซึ่งร้อนที่สุดอย่าง CPU หรือ GPU และในบางรุ่นก็ยังช่วยระบายความร้อนให้ชิปอื่น ๆ เช่น ชิปโมเด็ม 5G ไปพร้อมกันด้วย

ขนาดและรูปร่างของ Vapor Chamber ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์ที่มันถูกใส่เข้าไป เช่น มือถือเครื่องเล็กก็จะใช้แผ่นเล็ก ๆ บาง ๆ บางมาก บางครั้งบางแค่ 1 มม. เลยดวยซ้ำ แต่ถ้าเป็นแท็บเล็ตเกมมิ่งหรือโน้ตบุ๊กแรง ๆ อาจขยายใหญ่กินพื้นที่ครอบคลุมเกือบทั้งตัวเครื่องเลยก็ได้

พูดง่าย ๆ คือ Vapor Chamber ทำหน้าที่เหมือน “ห้องไอน้ำจิ๋ว ๆ” ภายในเครื่อง ที่คอยพาความร้อนออกจากชิปประมวลผลแล้วกระจายให้ทั่วแผ่นโลหะ เพื่อไม่ให้ร้อนสะสมอยู่ที่จุดเดียว

เทคโนโลยีนี้จริง ๆ ไม่ใช่ของใหม่เลย เพราะมันถูกใช้มานานในวงการคอมพิวเตอร์ โดยเฉพาะในการ์ดจอแรง ๆ และโน้ตบุ๊กเกมมิ่ง ก่อนจะถูกย่อส่วนและนำมาใช้ในสมาร์ตโฟนยุคหลัง ที่ต้องแรงขึ้นทุกปีแต่ยังต้องบางและเงียบเหมือนเดิม

Vapor Chamber ทำงานอย่างไร

ภายใน Vapor Chamber คือแผ่นโลหะ (ส่วนใหญ่เป็นทองแดง) ที่ประกบกันสองชั้น ปิดผนึกเป็นระบบสุญญากาศบางส่วน และบรรจุของเหลวปริมาณเล็กน้อย เช่น น้ำกลั่นหรือของเหลวเฉพาะสำหรับถ่ายเทความร้อน

เมื่อชิปเริ่มทำงานและเกิดความร้อน ของเหลวในบริเวณนั้นจะดูดความร้อนจนเดือด กลายเป็นไอร้อนลอยไปยังส่วนที่เย็นกว่าในแผ่น จากนั้นไอจะคายความร้อนออก แล้วกลับมาเป็นของเหลวอีกครั้ง ของเหลวจะไหลย้อนกลับไปยังจุดร้อนเดิมผ่านโครงสร้างตาข่ายเล็ก ๆ ด้านใน (เรียกว่า wick structure) เพื่อเริ่มวงจรนี้ซ้ำอีกครั้งอย่างต่อเนื่อง

ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นโดยไม่ต้องใช้ไฟหรือมอเตอร์เลย เป็นระบบ Passive Cooling เต็มรูปแบบที่อาศัยเพียงหลักการระเหยและควบแน่นของของเหลวในการพาความร้อนออกไป

ข้อดีคือ มันกระจายความร้อนได้ทั่วถึงกว่า Heat Pipe มาก เพราะแทนที่จะส่งความร้อนตามแนวท่อเส้นเดียว Vapor Chamber สามารถกระจายไปทุกทิศทางบนแผ่นโลหะได้ทันที จุดร้อนจึงลดลง อุณหภูมิโดยรวมของเครื่องก็สม่ำเสมอกว่า

ในสมาร์ตโฟน เทคโนโลยีนี้ช่วยให้เล่นเกมหรือถ่ายวิดีโอนาน ๆ โดยเครื่องไม่ร้อนจนต้องลดความแรงลง ส่วนในโน้ตบุ๊กเกมมิ่ง Vapor Chamber จะถูกใช้ร่วมกับพัดลมและฮีตซิงก์เพื่อกระจายความร้อนจาก CPU และ GPU ไปยังจุดระบายหลักได้เร็วขึ้น

สุดท้าย ความร้อนที่ Vapor Chamber รับมาจะถูกส่งต่อออกไปยังส่วนอื่นของเครื่อง อย่างฝาหลัง ขอบเครื่อง หรือบอดีโลหะ จนกระทั่งระบายออกสู่ภายนอก ซึ่งก็คือเหตุผลว่าทำไมเวลาใช้งานหนัก ๆ เรามักรู้สึกว่าตัวเครื่องอุ่น ๆ แต่นั่นแหละคือสัญญาณว่าระบบกำลังทำงานได้ดี

เมื่อความร้อนถูกดูดขึ้นมาจากชิปและส่งต่อผ่านระบบไหลเวียนภายใน Vapor Chamber กระบวนการทั้งหมดนี้จะช่วย “กระจาย” ความร้อนไปทั่วทั้งแผ่นโลหะอย่างสม่ำเสมอ แทนที่จะกองอยู่เฉพาะจุดเดียวเหมือนระบบทั่วไป

ถ้าเอาเครื่องที่มี Vapor Chamber ไปถ่ายภาพด้วยกล้องจับความร้อน จะเห็นได้ชัดเลยครับว่า พื้นที่ร้อนของเครื่องจะกว้างกว่า กินพื้นที่เยอะกว่า แต่มีอุณหภูมิต่ำกว่า จุดร้อนที่สุดหรือ Hot Spot จะมีความร้อนน้อยลงมากเมื่อเทียบกับเครื่องที่ไม่มี Vapor Chamber ซึ่งมักจะมีจุดร้อนเล็ก ๆ แต่อุณหภูมิสูงมาก

พูดให้เข้าใจง่ายคือ เครื่องที่มี Vapor Chamber “กระจายร้อนกว้างแต่ไม่ร้อนจัด” ส่วนเครื่องที่ไม่มี “ร้อนจัดแต่เป็นจุด” นี่แหละคือความต่างที่ทำให้เครื่องที่มีระบบนี้มักเย็นกว่า และไม่เจออาการ Thermal Throttling หรือความแรงตกหลังใช้งานหนักนาน ๆ เพราะระบบสามารถควบคุมอุณหภูมิโดยรวมของเครื่องให้อยู่ในระดับปลอดภัยได้ตลอดเวลา

Vapor Chamber ต่างจาก Heat Pipe ยังไง

จริง ๆ แล้ว Vapor Chamber กับ Heat Pipe ใช้หลักการเดียวกันเลย คือใช้ของเหลวในระบบปิดระเหยและควบแน่นเพื่อพาความร้อนออกจากจุดร้อน แต่สิ่งที่ต่างกันอยู่ที่รูปแบบการกระจายความร้อน

Heat Pipe จะมาในรูปของท่อโลหะกลวงเส้นเล็ก ๆ ภายในมีของเหลวอยู่ในสภาพสุญญากาศบางส่วน เวลาชิปเริ่มร้อน ของเหลวในท่อจะกลายเป็นไอแล้ววิ่งไปยังปลายท่อที่เย็นกว่า จากนั้นก็กลั่นตัวกลับเป็นของเหลวแล้วไหลย้อนกลับมาที่เดิม วนไปเรื่อย ๆ กระบวนการนี้เกิดเร็วมาก

แต่ข้อจำกัดของ Heat Pipe คือมันส่งความร้อนได้เป็นเส้นทางเดียว จากปลายหนึ่งไปยังอีกปลายหนึ่งเท่านั้น ถ้ามีจุดร้อนหลายจุดพร้อมกัน เช่น CPU กับ GPU ที่อยู่คนละตำแหน่ง จะจัดการได้ยาก เพราะแต่ละท่อต้องวางตรง ๆ หรือโค้งอย่างระมัดระวัง ไม่ให้ประสิทธิภาพตก

Vapor Chamber เลยถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อแก้จุดนี้ โดยเปลี่ยนจากท่อเล็ก ๆ ให้กลายเป็นแผ่นแบน ๆ ขนาดใหญ่ ที่ครอบคลุมพื้นที่กว้างกว่าเดิมแทน ความร้อนจากชิปจะถูกกระจายออกทั่วแผ่นอย่างรวดเร็วในทุกทิศทาง ไม่ได้ไหลเป็นเส้นทางเดียวเหมือนใน Heat Pipe

นั่นทำให้ Vapor Chamber เหมาะมากกับอุปกรณ์ที่ต้องการกระจายความร้อนให้สม่ำเสมอ เช่น มือถือหรือโน้ตบุ๊กบาง ๆ ที่ไม่มีพื้นที่ติดพัดลมใหญ่ ๆ ได้ โดยเฉพาะในยุคนี้ที่ชิปประมวลผลมีพลังมากขึ้นทุกปี แต่ขนาดเครื่องกลับบางลง

อย่างไรก็ตาม Heat Pipe ก็ยังมีข้อดีของมันอยู่ เพราะโครงสร้างง่ายกว่า ผลิตต้นทุนต่ำ ทนทาน และเพียงพอสำหรับเครื่องที่ไม่ได้ร้อนจัดนัก เช่น โน้ตบุ๊กทั่วไปหรืออุปกรณ์ขนาดเล็กที่ไม่ต้องการกระจายความร้อนหลายจุด

แต่ถ้าพูดถึงอุปกรณ์ที่ต้องการ “แรงและเสถียรยาวนาน” อย่างมือถือเรือธง โน้ตบุ๊กเกมมิ่ง หรือชิประดับสูง Vapor Chamber จะให้ผลดีกว่า เหมือนมี “ระบบหมุนเวียนความร้อนทั่วทั้งเครื่อง” ที่ช่วยให้แรงได้ต่อเนื่อง โดยไม่ต้องเพิ่มเสียงพัดลมหรือความหนาของเครื่องเลย

ประเภทของ Vapor Chambers

แม้ชื่อจะเหมือนกัน แต่ Vapor Chamber ไม่ได้มีแบบเดียว เพราะแต่ละอุปกรณ์มีข้อจำกัดเรื่องพื้นที่ ทิศทางการระบาย และตำแหน่งชิปที่ต่างกัน ผู้ผลิตจึงพัฒนาออกมาหลายรูปแบบ โดยหลัก ๆ แล้วจะแบ่งได้เป็น 3 ประเภทใหญ่ ๆ ดังนี้

1. Flat Vapor Chamber (แบบแผ่นแบน)

เป็นชนิดที่เราเห็นบ่อยที่สุดในมือถือ และ โน้ตบุ๊กบางรุ่น หน้าตาจะเป็นแผ่นทองแดงแบน ๆ ครอบอยู่บนชิป CPU หรือ GPU เพื่อกระจายความร้อนออกทั่วแผ่นอย่างรวดเร็ว ข้อดีคือบาง น้ำหนักเบา ใส่ในเครื่องได้ง่ายโดยไม่เพิ่มความหนา แต่ข้อจำกัดคือระบายได้ดีในแนวราบเท่านั้น ถ้าความร้อนต้องเดินทางขึ้นลงหลายชั้นอาจไม่เต็มประสิทธิภาพ

2. 3D Vapor Chamber (แบบสามมิติหรือแบบขึ้นรูป)

รุ่นนี้คือการยกระดับจากแผ่นแบนให้สามารถ “ขึ้นรูป” หรือ “โค้งงอ” ได้ตามโครงสร้างภายในเครื่อง คล้ายกับการสร้างท่อแผ่ขยายในแนวตั้ง ทำให้กระจายความร้อนได้หลายทิศทาง ทั้งแนวราบ แนวตั้ง และรอบ ๆ ตัวชิป แบบนี้เริ่มเห็นในมือถือรุ่นเรือธงและโน้ตบุ๊กเกมมิ่งบางรุ่น ข้อดีคือคุมอุณหภูมิได้ดีแม้พื้นที่จำกัด แต่ผลิตยากและต้นทุนสูงกว่าแบบแผ่นแบน

3. Hybrid Vapor Chamber (แบบผสม Heat Pipe)

เป็นรูปแบบที่รวมข้อดีของทั้งสองระบบเข้าด้วยกัน โดยมี Vapor Chamber ครอบบนจุดร้อนหลัก แล้วต่อท่อ Heat Pipe ออกไปยังฮีตซิงก์หรือพัดลมอีกที นิยมในโน้ตบุ๊กเกมมิ่งระดับสูง เพราะช่วยเพิ่มพื้นที่กระจายความร้อนและระบายออกได้รวดเร็วมาก แม้ภายในเครื่องจะซับซ้อนขึ้น แต่ก็ให้สมดุลระหว่างประสิทธิภาพ น้ำหนัก และเสียงรบกวน

งานวิจัย : A hybrid vapor chamber heat sink incorporating a vapor chamber and liquid cooling channel with outstanding thermal performance and hydraulic characteristics ที่มา : sciencedirect

พูดง่าย ๆ คือ

Flat Vapor Chamber เหมาะกับอุปกรณ์บาง ๆ อย่างสมาร์ตโฟน
3D Vapor Chamber เหมาะกับอุปกรณ์ที่ต้องการคุมอุณหภูมิรอบทิศทาง
Hybrid Vapor Chamber เหมาะกับโน้ตบุ๊กหรือ PC ที่ต้องระบายความร้อนออกเร็วสุด

และนี่เองคือเหตุผลว่าทำไมเทคโนโลยี Vapor Chamber ถึงถูกพัฒนาต่อเนื่องไม่หยุด เพราะทุกปี ชิปยิ่งแรง งานยิ่งหนัก แต่ขนาดอุปกรณ์กลับบางลงเรื่อย ระบบระบายความร้อนจึงต้องฉลาด และยืดหยุ่นกว่าเดิม

สรุปข้อดีของ Vapor Chamber

เมื่อเทียบกับ Heat Pipe แล้ว Vapor Chamber ให้ประสิทธิภาพการกระจายความร้อนที่สูงกว่ามาก เพราะไม่ได้จำกัดทิศทางการไหลของความร้อนให้อยู่ในแนวท่อเดียว แต่สามารถกระจายได้รอบทิศทางทั่วทั้งแผ่น ทำให้ช่วยลดจุดร้อน (Hot Spot) และรักษาอุณหภูมิให้สม่ำเสมอกว่าทั่วทั้งเครื่อง

อีกข้อดีคือมันสามารถ ออกแบบให้บางและแบนได้มากกว่า Heat Pipe เหมาะกับอุปกรณ์ที่มีพื้นที่จำกัดอย่างสมาร์ตโฟนหรือโน้ตบุ๊กบางเฉียบ ที่ต้องการคุมอุณหภูมิแต่ไม่อยากเพิ่มความหนาหรือเสียงพัดลม

สรุปง่าย ๆ Vapor Chamber คือทางออกที่ลงตัวระหว่าง “ความแรง” และ “ความบาง” เพราะช่วยให้ชิปทำงานได้เต็มกำลังนานขึ้น โดยที่เครื่องยังคงเย็น เงียบ และสวยบางตามดีไซน์เดิม

สรุปข้อเสียของ Vapor Chamber

แม้ Vapor Chamber จะระบายความร้อนได้ดีเยี่ยม แต่ก็ไม่ได้ไร้ที่ติ เพราะมีข้อจำกัดสำคัญอยู่สองอย่างคือ แพง และ ผลิตยาก

กระบวนการผลิตต้องอาศัยความแม่นยำสูงมาก ทั้งการเชื่อมแผ่นโลหะให้แนบสนิท ปิดผนึกให้เป็นสุญญากาศ และควบคุมปริมาณของเหลวภายในอย่างละเอียด เพื่อให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งขั้นตอนทั้งหมดนี้ซับซ้อนและใช้ต้นทุนสูงกว่า Heat Pipe หลายเท่า

โดยเฉพาะถ้าเอา Vapor Chamber ไปใช้ในสเกลใหญ่ เช่น ชุดระบายความร้อนของพีซี ถ้าใช้ทั้งระบบแบบเต็ม ๆ จะมีราคาสูงมากเมื่อเทียบกับ Heat Pipe จึงทำให้ผู้ผลิตส่วนใหญ่เลือกใช้แบบ ไฮบริด แทน คือใช้ Vapor Chamber เฉพาะบริเวณฐานที่สัมผัสกับซีพียู แล้วให้ Heat Pipe ลำเลียงความร้อนต่อไปยังครีบ Heatsink เพื่อระบายออกอีกที

นอกจากนี้ในตลาดพีซียังมีทางเลือกอื่นอย่าง ระบบน้ำปิด (Liquid Cooling) ซึ่งให้ประสิทธิภาพการระบายความร้อนสูงกว่าในต้นทุนที่คุ้มค่ากว่า จึงกลายเป็นตัวเลือกหลักของคอมแรง ๆ ในปัจจุบัน ส่วน Vapor Chamber จะเหมาะกับอุปกรณ์พกพาขนาดเล็กอย่างมือถือหรือโน้ตบุ๊กมากกว่า เพราะสามารถออกแบบให้บาง เบา และไร้เสียงได้ โดยไม่ต้องใช้พื้นที่ขนาดใหญ่แบบในเครื่องพีซี