Ny teknologi for varmespredning av elektronisk utstyr
Den gradvise miniatyriseringen og presisjonen av elektronisk utstyr har ført til problemet med varmespredning. Temperaturen har stor innflytelse på ytelsen til elektronisk utstyr. For en stabil og kontinuerlig fungerende elektronisk brikke kan den maksimale temperaturen ikke overstige 85 ℃ etter behov. Hver gang temperaturen til en halvlederkomponent øker med 10 ℃, vil påliteligheten til systemet reduseres med 50 %. I følge statistikk er mer enn 55% av feilene i elektronisk utstyr forårsaket av for høy temperatur. I den tradisjonelle elektroniske brikken utgjør volumet som brukes til kjøling 98 %, og kun 2 % brukes til databehandling, men det er fortsatt vanskelig å løse dagens varmespredningsproblem. Høy temperatur vil ha en skadelig effekt på ytelsen til elektronisk utstyr, og de tradisjonelle varmespredningsmetodene har visse begrensninger. Derfor, for å sikre levetiden og effektiv ytelse til elektronisk utstyr, haster det å utforske og utvikle bedre varmeavledningsmetoder for elektronisk utstyr.
01 Kjøleteknologi Den tradisjonelle varmeavledningsmetoden sees ofte i vårt daglige liv, fordi den nåværende utviklingen er veldig moden og prinsippet er enkelt, så jeg skal ikke gjenta det her.
1.1 Væskekjøling
Væskekjøling bruker væsken som passerer gjennom varmekilden til å ta bort varmen som genereres av brikken, uten støy, og har høy varmevekslingskapasitet. Følgende er flere metoder for væskekjøling som er nye teknologier som er basert på den tradisjonelle utvidelsen for direkte væskekjøling.
1.1.1 Mikrokanalkjøling
Mikrokanalkjøling er å etse flere væskekanaler på mikrometernivå på substratet under brikken, slik at varmen fra brikken absorberes når væsken strømmer gjennom kanalen. Denne metoden inkluderer enfase varmeveksling og tofase varmeveksling. Blant dem er varmekapasiteten til enfaset varmeveksling liten, varmevekslingseffekten er dårlig, og temperaturen etter avkjøling er ujevn, noe som resulterer i overdreven stress. Tvert imot har den tofasede varmevekslingen stor latent varme, varmevekslingskapasiteten er høy, temperaturen etter avkjøling er jevn, ingen stor belastning genereres, og arbeidsfluidtemperaturen stiger ikke veldig høyt. To-fase varmeoverføring i mikrokanalkjøling er en aktuell forskningshotspot. Ved to-fase varmeoverføring ved bruk av lavtrykkskjølemedium som arbeidsvæske, kan varmeavledningskapasiteten nå mer enn 300 W/cm2. Gjennom eksperimenter har Yu Zukang et al. oppnådde hydrofile overflateegenskaper for å effektivt forbedre varmeoverføringsytelsen til mikrokanaler. Under lav varmefluks og lav innløpstørrhet er den gjennomsnittlige varmeoverføringskoeffisienten for superhydrofile overflater den største, som er 64 % høyere enn for vanlige glatte overflater. Den gjennomsnittlige varmeoverføringskoeffisienten til den hydrofile overflaten er opptil 27 % høyere enn den vanlige glatte overflaten; under forholdene med høy varmestrøm og høy innløpstørrhet, er den gjennomsnittlige varmeoverføringskoeffisientverdien til den superhydrofile overflaten opptil ca. 80 % høyere enn den for den vanlige glatte overflaten. Den hydrofile overflaten er opptil ca. 50 % høyere enn den normale glatte overflaten. Figur 1 viser strukturen til mikrokanalkjøling.
Critical Heat Flux (CHF) er en av de viktige parameterne som påvirker ytelsen til mikrokanaler. Yuan Xudong og andre introduserte forskningsfremgangen til CHF i detalj, og introduserte dens påvirkningsmekanisme og forbedringsmetoder i detalj, så vel som CHF som eksisterer i akademia. Forskjeller i meninger. På grunn av den lille størrelsen på mikrokanalen er motstanden underveis veldig stor; strukturen har også stor innflytelse på kjøling, og bruk av rette og parallelle mikrokanaler vil forårsake et stort trykkfall og temperaturgradient. Det har mange fordeler. Fordi kanalene er etset og ikke opptar mer plass, blir mikrokanalkjølingen mer effektiv og kompakt, og den er mer egnet for små elektroniske brikker. Det antas generelt at dobbeltlags mikroradiator kan møte den økende varmebelastningen til neste generasjon elektronisk utstyr. Xiaogang Liu et al. foreslått dobbeltlags matrisestrukturen (DL-M) og dobbeltlags sammenkoblingsmatrisestrukturen (DL-IM) til mikrokanaler. Og gjennom numerisk simulering for å studere de ulike ytelsene til radiatoren, er det bevist at de har bedre termisk ytelse.
Selv om det er visse mangler ved mikrokanalkjøling, kan det løse problemene som har oppstått, og utviklingen er mer moden. Selv om forskningen på CHF har ulike syn, vil dette ikke hindre utviklingen av mikrokanalteknologi, og den fremtidige utviklingsretningen vil være mer fokusert. Hvordan forbedre CHF for å oppnå mer effektiv mikrokanalkjøling, denne typen varmeavledningsmetode vil også bli mer populær.
1.1.2 Spraykjøling Spraykjøling er å forstøve væsken gjennom en dyse for å danne en gass-væske to-fase spray til den elektroniske enheten. En del av den absorberer varme og fordamper, og en del av varmen tas bort ved faseendring; den andre delen danner en væskefilm på overflaten av varmekilden, og varmen følger væsken. Strømmen av membranen tas bort. Den ikke-kondenserbare gassen i væskefilmen øker forstyrrelsen av varmevekslingen, noe som i stor grad kan forbedre varmeavledningskapasiteten til elektronisk utstyr. Faseendringsvarmevarmeflukstettheten til spraykjøling kan nå mer enn 1000 W/cm2. Lin et al. brukte fluorkarbon, metanol og vann som arbeidsvæsker for faseendringsvarme. Den maksimale varmefluksdensiteten oppnådd gjennom eksperimenter var henholdsvis 90, 90 og 90. 490, 500 W/cm2 eller mer. Figur 2 er et skjematisk diagram av spraykjøling.
Denne kjølemetoden har visse mangler som skal løses. Spraykjølemetoden har et komplekst system, høye plassbehov og er vanskelig å vedlikeholde. På grunn av den lille væskestrømningshastigheten, ensartede spontemperaturfordelingen etter avkjøling og lave spenninger, regnes spraykjøling som en varmeavledningsmetode for elektroniske brikker med godt utviklingspotensial. For tiden, fordi de eksisterende problemene ikke er løst, kan den bare brukes i militære og luftfartsprodukter. Wang Gaoyuan et al. utførte spraykjølingseksperimenter på R134a under lavtrykksforhold, og fant at spraykjøling under lavtrykksforhold gradvis reduserer varmeoverføringskapasiteten med redusert trykk, og flashfordampning har stor innflytelse på varmeoverføringskapasiteten, noe som må tas i betraktning ved tilrettelegging dyser. Tilsetning av nanopartikler, overflateaktive stoffer, løselige salter og gasser og alkoholtilsetningsstoffer til spraykjølevæsken kan forbedre varmeoverføringsegenskapene betraktelig. Li Yiyi bekreftet gjennom eksperimenter at tilsetning av overflateaktive stoffer effektivt kan forbedre varmeoverføringsytelsen til spraykjøling, spesielt tilsetning av SDS har den beste effekten. Den nåværende metoden for å tilsette tilsetningsstoffer er imidlertid fortsatt i sin spede begynnelse, og de eksisterende problemene er mer kompliserte.
Spraykjøling er begrenset av plass og kan ikke brukes i små elektroniske enheter, men effekten er veldig god når den brukes i superdatamaskiner. For tiden brukes spraykjølingsteknologi på CREY superdatamaskiner og brukes også i stor skala i datasentre. Med utviklingen av denne kjølemetoden antas det at applikasjonen vil bli mer moden.
De tre ovennevnte metodene for væskevarmespredning har sine egne fordeler og ulemper. Spraykjøling og jetkjøling er like. Strukturene deres er svært komplekse og ikke egnet for daglig elektronisk utstyr. Imidlertid har de sterke varmeavledningsevner. Spraykjøling er egnet for superdatamaskiner, In big data varmespredning; jetkjøling er egnet for militærindustrielle gjenstander, som jagerfly, fly osv. Disse to varmeavledningsmetodene kan ikke erstattes de siste årene. Mikrokanalkjøling er den generelle retningen for fremtidig utvikling, enten det er i daglig elektronisk utstyr eller andre presisjons elektroniske instrumenter, denne metoden vil bli tatt i bruk.
