Tehnologie nouă pentru disiparea căldurii echipamentelor electronice
Miniaturizarea treptată și precizia echipamentelor electronice a adus problema disipării căldurii. Temperatura are o mare influență asupra performanței de lucru a echipamentelor electronice. Pentru un cip electronic stabil și continuu, temperatura maximă nu poate depăși 85 ℃ după cum este necesar. De fiecare dată când temperatura unei componente semiconductoare crește cu 10 ℃, fiabilitatea sistemului va fi redusă cu 50%. Potrivit statisticilor, mai mult de 55% dintre defecțiunile echipamentelor electronice sunt cauzate de temperatură excesivă. În cipul electronic tradițional, volumul utilizat pentru răcire reprezintă 98% și doar 2% este folosit pentru operarea de calcul, dar este încă dificil să rezolvi problema curentă de disipare a căldurii. Temperatura ridicată va avea un efect dăunător asupra performanței echipamentelor electronice, iar acele metode tradiționale de disipare a căldurii au anumite limitări. Prin urmare, pentru a asigura durata de viață și performanța eficientă a echipamentelor electronice, este urgent să se exploreze și să se dezvolte metode mai bune de disipare a căldurii pentru echipamentele electronice.
01 Tehnologia de răcire Metoda tradițională de disipare a căldurii este des întâlnită în viața noastră de zi cu zi, deoarece dezvoltarea actuală este foarte matură și principiul este simplu, așa că nu o voi repeta aici.
1.1 Răcire cu lichid
Răcirea cu lichid folosește lichidul care trece prin sursa de căldură pentru a elimina căldura generată de cip, fără zgomot, și are o capacitate mare de schimb de căldură. Următoarele sunt câteva metode de răcire cu lichid care sunt tehnologii noi care se bazează pe extensia tradițională de răcire directă cu lichid.
1.1.1 Răcire cu microcanal
Răcirea micro-canal este de a grava mai multe canale de fluid la nivel de micrometru pe substratul de sub cip, astfel încât căldura cipului să fie absorbită atunci când fluidul curge prin canal. Această metodă include schimbul de căldură monofazat și schimbul de căldură bifazat. Printre acestea, capacitatea de căldură a schimbului de căldură monofazat este mică, efectul de schimb de căldură este slab, iar temperatura după răcire este neuniformă, ceea ce duce la stres excesiv. Dimpotrivă, schimbul de căldură în două faze are o căldură latentă mare, capacitatea de schimb de căldură este mare, temperatura după răcire este uniformă, nu se generează un stres mare, iar temperatura fluidului de lucru nu crește foarte mare. Transferul de căldură în două faze în răcirea cu microcanale este un punct fierbinte de cercetare actual. În cazul transferului de căldură în două faze, folosind refrigerant de joasă presiune ca fluid de lucru, capacitatea de disipare a căldurii poate ajunge la mai mult de 300 W/cm2. Prin experimente, Yu Zukang et al. a obținut proprietăți hidrofile de suprafață pentru a îmbunătăți eficient performanța de transfer de căldură a microcanalelor. În condiții de flux de căldură scăzut și uscăciune scăzută la intrare, coeficientul mediu de transfer de căldură al suprafețelor superhidrofile este cel mai mare, care este cu 64% mai mare decât cel al suprafețelor netede obișnuite. Coeficientul mediu de transfer de căldură al suprafeței hidrofile este cu până la 27% mai mare decât cel al suprafeței netede obișnuite; în condițiile unui flux de căldură ridicat și uscăciune ridicată la intrare, valoarea medie a coeficientului de transfer de căldură al suprafeței super-hidrofile este cu aproximativ 80% mai mare decât cea a suprafeței netede obișnuite. Suprafața hidrofilă este cu până la aproximativ 50% mai mare decât suprafața normală netedă. Figura 1 prezintă structura răcirii cu microcanal.
Fluxul critic de căldură (CHF) este unul dintre parametrii importanți care afectează performanța microcanalelor. Yuan Xudong și alții au prezentat progresul cercetării CHF în detaliu și au introdus mecanismul său de influență și metodele de îmbunătățire în detaliu, precum și CHF existent în mediul academic. Diferențele de opinii. Datorită dimensiunii reduse a microcanalului, rezistența pe parcurs este foarte mare; structura sa are, de asemenea, o mare influență asupra răcirii, iar utilizarea de microcanale drepte și paralele va provoca o cădere mare de presiune și un gradient de temperatură. Are multe avantaje. Deoarece canalele sunt gravate și nu ocupă mai mult spațiu, răcirea microcanalului devine mai eficientă și compactă și este mai potrivită pentru cipurile electronice mici. În general, se crede că microradiatorul cu dublu strat poate face față încărcăturii de căldură în creștere a următoarei generații de echipamente electronice. Xiaogang Liu și colab. a propus structura matricei cu două straturi (DL-M) și structura matricei de interconectare cu două straturi (DL-IM) a microcanalelor. Și prin simulare numerică pentru a studia diferitele performanțe ale radiatorului, se dovedește că acestea au performanțe termice mai bune.
Deși există anumite neajunsuri în răcirea cu microcanale, aceasta poate rezolva problemele apărute, iar dezvoltarea este mai matură. Deși cercetarea asupra CHF are puncte de vedere diferite, acest lucru nu va împiedica dezvoltarea tehnologiei microcanale, iar direcția viitoare de dezvoltare va fi mai concentrată. Cum să îmbunătățiți CHF pentru a obține o răcire mai eficientă pe micro-canal, acest tip de metodă de disipare a căldurii va deveni, de asemenea, mai popular.
1.1.2 Răcire prin pulverizare Răcirea prin pulverizare este de a atomiza lichidul printr-o duză pentru a forma un pulverizare gaz-lichid în două faze pe dispozitivul electronic. O parte din ea absoarbe căldură și se vaporizează, iar o parte din căldură este luată prin schimbarea de fază; cealaltă parte formează o peliculă lichidă pe suprafața sursei de căldură, iar căldura urmează lichidului. Fluxul membranei este eliminat. Gazul necondensabil din filmul lichid sporește perturbarea schimbului de căldură, ceea ce poate îmbunătăți considerabil capacitatea de disipare a căldurii a echipamentelor electronice. Densitatea fluxului de căldură cu schimbare de fază a răcirii prin pulverizare poate atinge mai mult de 1000 W/cm2. Lin şi colab. au folosit fluorocarbon, metanol și apă ca fluide de lucru pentru căldura cu schimbare de fază. Densitatea maximă a fluxului de căldură obținută prin experimente a fost de 90, 90 și, respectiv, 90. 490, 500 W/cm2 sau mai mult. Figura 2 este o diagramă schematică a răcirii prin pulverizare.
Această metodă de răcire are anumite neajunsuri de rezolvat. Metoda de răcire prin pulverizare are un sistem complex, cerințe mari de spațiu și este dificil de întreținut. Datorită debitului său mic de lichid, distribuției uniforme a temperaturii cipului după răcire și stresului scăzut, răcirea prin pulverizare este considerată o metodă de disipare a căldurii pentru cipurile electronice cu potențial bun de dezvoltare. În prezent, deoarece problemele existente nu au fost rezolvate, poate fi folosit doar în produse militare și de aviație. Wang Gaoyuan și colab. a efectuat experimente de răcire prin pulverizare pe R134a în condiții de presiune scăzută și a constatat că răcirea prin pulverizare în condiții de presiune scăzută reduce treptat capacitatea de transfer de căldură odată cu scăderea presiunii, iar evaporarea rapidă are o mare influență asupra capacității de transfer de căldură, ceea ce trebuie luat în considerare la aranjare. duze. Adăugarea de nanoparticule, agenți tensioactivi, săruri și gaze solubile și aditivi de alcool la fluidul de răcire prin pulverizare poate îmbunătăți considerabil caracteristicile transferului de căldură. Li Yiyi a verificat prin experimente că adăugarea de agenți tensioactivi poate îmbunătăți eficient performanța transferului de căldură a răcirii prin pulverizare, în special adăugarea de SDS are cel mai bun efect. Cu toate acestea, metoda actuală de adăugare a aditivilor este încă la început, iar problemele existente sunt mai complicate.
Răcirea prin pulverizare este restricționată de spațiu și nu poate fi folosită în dispozitivele electronice mici, dar efectul este foarte bun atunci când este folosit în supercomputere. În prezent, tehnologia de răcire prin pulverizare este aplicată supercalculatoarelor CREY și este folosită și pe scară largă în centrele de date. Odată cu dezvoltarea acestei metode de răcire, se crede că aplicația va fi mai matură.
Cele trei metode de disipare a căldurii lichide de mai sus au propriile avantaje și dezavantaje. Răcirea prin pulverizare și răcirea cu jet sunt similare. Structurile lor sunt foarte complexe și nu sunt potrivite pentru echipamentele electronice zilnice. Cu toate acestea, au capacități puternice de disipare a căldurii. Răcirea prin pulverizare este potrivită pentru supercomputere, în disiparea căldurii de date mari; Răcirea cu jet este potrivită pentru articole militare-industriale, cum ar fi avioane de luptă, avioane etc. Aceste două metode de disipare a căldurii nu pot fi înlocuite în ultimii ani. Răcirea micro-canal este direcția generală a dezvoltării viitoare, fie că este vorba de echipamente electronice zilnice sau alte instrumente electronice de precizie, această metodă va fi adoptată.
