Нова технологія тепловідведення електронного обладнання
Поступова мініатюризація та точність електронного обладнання призвела до проблеми тепловідведення. Температура має великий вплив на роботу електронного обладнання. Для стабільної та безперервної роботи електронного чіпа максимальна температура не може перевищувати 85 ℃, як потрібно. Кожен раз, коли температура напівпровідникового компонента підвищується на 10 ℃, надійність системи буде знижуватися на 50%. За статистикою, понад 55% поломок електронного обладнання викликані надмірною температурою. У традиційному електронному чіпі обсяг, який використовується для охолодження, становить 98%, і лише 2% використовується для обчислювальної роботи, але все ще важко вирішити поточну проблему тепловідведення. Висока температура буде мати шкідливий вплив на роботу електронного обладнання, і ці традиційні методи тепловідведення мають певні обмеження. Тому, щоб забезпечити термін служби та ефективну роботу електронного обладнання, необхідно терміново досліджувати та розробляти кращі методи тепловідведення для електронного обладнання.
01 Технологія охолодження Традиційний метод розсіювання тепла часто зустрічається в нашому повсякденному житті, тому що нинішня розробка дуже зріла, а принцип простий, тому я не буду повторювати його тут.
1.1 Рідинне охолодження
Рідинне охолодження використовує рідину, що проходить через джерело тепла, щоб безшумно відводити тепло, вироблене чіпом, і має високу теплообмінну здатність. Нижче наведено кілька методів рідинного охолодження, які є новими технологіями, заснованими на традиційному розширенні прямого рідинного охолодження.
1.1.1 Мікроканальне охолодження
Охолодження мікроканалів полягає в травленні кількох каналів рідини мікрометрового рівня на підкладці під мікросхемою, щоб тепло чіпа поглиналося, коли рідина протікає через канал. Цей метод включає однофазний теплообмін і двофазний теплообмін. Серед них теплоємність однофазного теплообміну невелика, ефект теплообміну поганий, а температура після охолодження нерівномірна, що призводить до надмірного напруження. Навпаки, двофазний теплообмін має велику приховану теплоту, ємність теплообміну висока, температура після охолодження рівномірна, великого напруження не створюється, а температура робочого тіла не підвищується дуже високо. Двофазний теплообмін при мікроканальному охолодженні є актуальною точкою дослідження. При двофазній теплопередачі з використанням холодоагенту низького тиску в якості робочої рідини потужність тепловіддачі може досягати більше 300 Вт/см2. За допомогою експериментів Yu Zukang та ін. отримані поверхневі гідрофільні властивості для ефективного покращення показників теплопередачі мікроканалів. За низького теплового потоку та низької сухості на вході середній коефіцієнт тепловіддачі супергідрофільних поверхонь є найбільшим, що на 64% вище, ніж у звичайних гладких поверхонь. Середній коефіцієнт тепловіддачі гідрофільної поверхні на 27% вище, ніж у звичайної гладкої поверхні; в умовах високого теплового потоку і високої сухості на вході середнє значення коефіцієнта тепловіддачі супергідрофільної поверхні приблизно на 80% вище, ніж у звичайної гладкої поверхні. Гідрофільна поверхня приблизно на 50% вище, ніж звичайна гладка поверхня. На малюнку 1 показана структура мікроканального охолодження.
Критичний тепловий потік (CHF) є одним із важливих параметрів, які впливають на продуктивність мікроканалів. Юань Сюдун та інші детально представили прогрес дослідження CHF, детально представили механізм впливу та методи вдосконалення, а також CHF, що існує в наукових колах. Розбіжності в думках. Через невеликий розмір мікроканала опір по ходу дуже великий; його структура також має великий вплив на охолодження, а використання прямих і паралельних мікроканалів спричинить великий перепад тиску та градієнт температури. Він має багато переваг. Оскільки канали витравлені і не займають більше місця, мікроканальне охолодження стає більш ефективним і компактним, і воно більше підходить для невеликих електронних мікросхем. Вважається, що двошаровий мікрорадіатор може витримати зростаюче теплове навантаження наступного покоління електронного обладнання. Сяоган Лю та ін. запропонував двошарову матричну структуру (DL-M) і двошарову матричну структуру взаємозв’язку (DL-IM) мікроканалів. А за допомогою чисельного моделювання для вивчення різних характеристик радіатора доведено, що вони мають кращі теплотехнічні характеристики.
Хоча в мікроканальному охолодженні є певні недоліки, воно може вирішити проблеми, що виникли, і розробка йде більш зріло. Хоча дослідження ХСН мають різні точки зору, це не завадить розвитку мікроканальної технології, а майбутній напрямок розвитку буде більш цілеспрямованим. Як покращити CHF, щоб досягти більш ефективного мікроканального охолодження, такий метод розсіювання тепла також стане більш популярним.
1.1.2 Охолодження розпиленням Розпилювальне охолодження полягає в розпиленні рідини через сопло для утворення двофазного газ-рідинного розпилення для електронного пристрою. Одна його частина поглинає тепло і випаровується, а частина тепла забирається зміною фаз; інша частина утворює рідку плівку на поверхні джерела тепла, і тепло йде за рідиною. Потік мембрани забирається. Неконденсований газ у рідкій плівці посилює порушення теплообміну, що може значно покращити тепловідведення електронного обладнання. Змінна щільність теплового потоку при охолодженні розпиленням може досягати більше 1000 Вт/см2. Лін та ін. використовували фторуглерод, метанол і воду як робочі рідини для фазових змін тепла. Максимальна щільність теплового потоку, отримана в результаті експериментів, становила 90, 90 і 90 відповідно. 490, 500 Вт/см2 або більше. На малюнку 2 представлена принципова схема охолодження розпиленням.
Цей спосіб охолодження має певні недоліки, які необхідно усунути. Метод охолодження розпиленням має складну систему, високі вимоги до простору та складний в обслуговуванні. Через невелику швидкість потоку рідини, рівномірний розподіл температури стружки після охолодження та низьку напругу, охолодження розпиленням розглядається як метод розсіювання тепла для електронних мікросхем з хорошим потенціалом розвитку. Наразі, оскільки існуючі проблеми не вирішені, його можна використовувати лише у військовій та авіаційній продукції. Ван Гаоюань та ін. провів експерименти з охолодженням розпиленням на R134a в умовах низького тиску і виявив, що охолодження розпиленням в умовах низького тиску поступово зменшує здатність теплопередачі зі зниженням тиску, а миттєве випаровування має великий вплив на тепловіддачу, що необхідно враховувати при організації. насадки. Додавання наночастинок, поверхнево-активних речовин, розчинних солей і газів, а також спиртових добавок до охолоджуючої рідини для розпилення може значно покращити характеристики теплопередачі. Лі Ії підтвердив за допомогою експериментів, що додавання поверхнево-активних речовин може ефективно покращити теплопередачу при охолодженні розпиленням, особливо додавання SDS має найкращий ефект. Однак сучасний спосіб додавання добавок все ще знаходиться в зародковому стані, а наявні проблеми складніші.
Розпилювальне охолодження обмежене простором і не може використовуватися в маленьких електронних пристроях, але ефект дуже хороший при використанні в суперкомп’ютерах. В даний час технологія охолодження розпиленням застосовується до суперкомп’ютерів CREY, а також широко використовується в центрах обробки даних. З розвитком цього методу охолодження, вважається, що додаток стане більш зрілим.
Перераховані вище три методи тепловідведення рідини мають свої переваги та недоліки. Охолодження розпиленням і струменеве охолодження схожі. Їх конструкції дуже складні і не підходять для щоденного електронного обладнання. Однак вони мають сильну тепловіддачу. Розпилювальне охолодження підходить для суперкомп'ютерів, для розсіювання тепла великих даних; струменеве охолодження підходить для військово-промислових виробів, таких як винищувачі, літаки тощо. Ці два способи відведення тепла останніми роками не можна замінити. Мікроканальне охолодження є загальним напрямком майбутнього розвитку, чи то в щоденному електронному обладнанні чи інших точних електронних приладах, цей метод буде прийнято.
