Ny teknik för värmeavledning av elektronisk utrustning
Den gradvisa miniatyriseringen och precisionen av elektronisk utrustning har lett till problemet med värmeavledning. Temperaturen har stor inverkan på elektronisk utrustnings arbetsprestanda. För ett stabilt och kontinuerligt fungerande elektroniskt chip kan den maximala temperaturen inte överstiga 85 ℃ som krävs. Varje gång temperaturen på en halvledarkomponent ökar med 10 ℃ kommer systemets tillförlitlighet att minska med 50 %. Enligt statistik orsakas mer än 55% av felen i elektronisk utrustning av för hög temperatur. I det traditionella elektroniska chippet står volymen som används för kylning för 98 %, och endast 2 % används för datordrift, men det är fortfarande svårt att lösa det nuvarande värmeavledningsproblemet. Hög temperatur kommer att ha en skadlig effekt på prestanda hos elektronisk utrustning, och de traditionella värmeavledningsmetoderna har vissa begränsningar. För att säkerställa elektronisk utrustnings livslängd och effektiva prestanda är det därför angeläget att utforska och utveckla bättre värmeavledningsmetoder för elektronisk utrustning.
01 Kylteknik Den traditionella värmeavledningsmetoden ses ofta i vårt dagliga liv, eftersom den nuvarande utvecklingen är mycket mogen och principen är enkel, så jag ska inte upprepa den här.
1.1 Vätskekylning
Vätskekylning använder vätskan som passerar genom värmekällan för att ta bort värmen som genereras av chipet, utan buller, och har en hög värmeväxlingskapacitet. Följande är flera metoder för vätskekylning som är nya teknologier som är baserade på den traditionella förlängningen av direkt vätskekylning.
1.1.1 Mikrokanalkylning
Mikrokanalkylning är att etsa flera vätskekanaler på mikrometernivå på substratet under chipet, så att chipets värme absorberas när vätskan strömmar genom kanalen. Denna metod inkluderar enfas värmeväxling och tvåfas värmeväxling. Bland dem är värmekapaciteten för enfas värmeväxling liten, värmeväxlingseffekten är dålig och temperaturen efter kylning är ojämn, vilket resulterar i överdriven stress. Tvärtom har den tvåfasiga värmeväxlingen en stor latent värme, värmeväxlingskapaciteten är hög, temperaturen efter kylning är enhetlig, ingen stor spänning genereras och arbetsvätsketemperaturen stiger inte särskilt högt. Tvåfas värmeöverföring i mikrokanalkyla är en aktuell forskningshotspot. Vid tvåfas värmeöverföring med lågtrycksköldmedium som arbetsvätska kan värmeavledningskapaciteten nå mer än 300 W/cm2. Genom experiment har Yu Zukang et al. erhållna hydrofila ytegenskaper för att effektivt förbättra värmeöverföringsprestandan hos mikrokanaler. Under lågt värmeflöde och låg inloppstorrhet är den genomsnittliga värmeöverföringskoefficienten för superhydrofila ytor den största, vilket är 64 % högre än för vanliga släta ytor. Den genomsnittliga värmeöverföringskoefficienten för den hydrofila ytan är upp till 27 % högre än den för den vanliga släta ytan; under förhållanden med högt värmeflöde och hög inloppstorrhet är det genomsnittliga värmeöverföringskoefficientvärdet för den superhydrofila ytan upp till cirka 80 % högre än för den vanliga släta ytan. Den hydrofila ytan är upp till cirka 50 % högre än den normala släta ytan. Figur 1 visar strukturen för mikrokanalkylning.
Critical Heat Flux (CHF) är en av de viktiga parametrarna som påverkar prestandan hos mikrokanaler. Yuan Xudong och andra introducerade forskningens framsteg för CHF i detalj, och introducerade dess påverkande mekanism och förbättringsmetoder i detalj, såväl som CHF som finns i akademin. Skillnader i åsikter. På grund av den lilla storleken på mikrokanalen är motståndet längs vägen mycket stort; dess struktur har också stor inverkan på kylning, och användningen av raka och parallella mikrokanaler kommer att orsaka ett stort tryckfall och temperaturgradient. Det har många fördelar. Eftersom kanalerna är etsade och inte tar upp mer utrymme blir mikrokanalkylningen mer effektiv och kompakt, och den är mer lämplig för små elektroniska chips. Det anses allmänt att dubbelskiktsmikroradiatorn kan möta den ökande värmebelastningen från nästa generation av elektronisk utrustning. Xiaogang Liu et al. föreslog dubbelskiktsmatrisstrukturen (DL-M) och dubbelskiktsmatrisstrukturen (DL-IM) för mikrokanaler. Och genom numerisk simulering för att studera radiatorns olika prestanda, är det bevisat att de har bättre termisk prestanda.
Även om det finns vissa brister i mikrokanalkylning kan det lösa de problem som uppstått, och utvecklingen är mer mogen. Även om forskningen om CHF har olika åsikter, kommer detta inte att hindra utvecklingen av mikrokanalteknologi, och den framtida utvecklingsriktningen kommer att vara mer fokuserad. Hur man förbättrar CHF för att uppnå effektivare mikrokanalkylning, denna typ av värmeavledningsmetod kommer också att bli mer populär.
1.1.2 Spraykylning Spraykylning är att finfördela vätskan genom ett munstycke för att bilda en gas-vätska tvåfasspray till den elektroniska enheten. En del av den absorberar värme och förångas, och en del av värmen tas bort genom fasförändring; den andra delen bildar en vätskefilm på värmekällans yta, och värmen följer vätskan. Membranets flöde tas bort. Den icke-kondenserbara gasen i vätskefilmen ökar störningen av värmeväxlingen, vilket avsevärt kan förbättra värmeavledningskapaciteten hos elektronisk utrustning. Fasförändringsvärmevärmeflödestätheten för spraykylning kan nå mer än 1000 W/cm2. Lin et al. använde fluorkol, metanol och vatten som arbetsvätskor för fasförändringsvärme. Den maximala värmeflödestätheten som erhölls genom experiment var 90, 90 respektive 90. 490, 500 W/cm2 eller mer. Figur 2 är ett schematiskt diagram över spraykylning.
Denna kylmetod har vissa brister som måste lösas. Spraykylningsmetoden har ett komplext system, höga utrymmeskrav och är svår att underhålla. På grund av dess låga vätskeflöde, enhetliga spåntemperaturfördelning efter kylning och låga spänningar, betraktas spraykylning som en värmeavledningsmetod för elektroniska chip med god utvecklingspotential. För närvarande, eftersom de befintliga problemen inte har lösts, kan den endast användas i militära och luftfartsprodukter. Wang Gaoyuan et al. genomförde spraykylningsexperiment på R134a under lågtrycksförhållanden, och fann att spraykylning under lågtrycksförhållanden gradvis minskar värmeöverföringskapaciteten med minskat tryck, och snabbavdunstning har en stor inverkan på värmeöverföringskapaciteten, vilket måste beaktas vid arrangemang munstycken. Att lägga till nanopartiklar, ytaktiva ämnen, lösliga salter och gaser och alkoholtillsatser till spraykylvätskan kan avsevärt förbättra värmeöverföringsegenskaperna. Li Yiyi verifierade genom experiment att tillsats av ytaktiva ämnen effektivt kan förbättra värmeöverföringsprestandan för spraykylning, speciellt tillsatsen av SDS har den bästa effekten. Den nuvarande metoden att lägga till tillsatser är dock fortfarande i sin linda, och de befintliga problemen är mer komplicerade.
Spraykylning är begränsad av utrymmet och kan inte användas i små elektroniska apparater, men effekten är mycket bra när den används i superdatorer. För närvarande tillämpas spraykylningsteknik på CREY superdatorer och används även i stor skala i datacenter. Med utvecklingen av denna kylmetod tror man att applikationen kommer att bli mer mogen.
Ovanstående tre vätskevärmeavledningsmetoder har sina egna fördelar och nackdelar. Spraykylning och jetkylning liknar varandra. Deras strukturer är mycket komplexa och inte lämpliga för daglig elektronisk utrustning. Men de har en stark värmeavledningsförmåga. Spraykylning är lämplig för superdatorer, I big data värmeavledning; jetkylning är lämplig för militärindustriella föremål, såsom stridsflygplan, flygplan etc. Dessa två värmeavledningsmetoder kan inte ersättas de senaste åren. Mikrokanalkylning är den allmänna riktningen för framtida utveckling, oavsett om det är i daglig elektronisk utrustning eller andra elektroniska precisionsinstrument, kommer denna metod att antas.
