Nova tecnologia per a la dissipació de calor d'equips electrònics
La gradual miniaturització i precisió dels equips electrònics ha provocat el problema de la dissipació de calor. La temperatura té una gran influència en el rendiment de treball dels equips electrònics. Per a un xip electrònic de treball estable i continu, la temperatura màxima no pot superar els 85 ℃ segons sigui necessari. Cada vegada que la temperatura d'un component semiconductor augmenta en 10 ℃, la fiabilitat del sistema es reduirà un 50%. Segons les estadístiques, més del 55% de les fallades dels equips electrònics són causades per una temperatura excessiva. En el xip electrònic tradicional, el volum utilitzat per a la refrigeració representa el 98% i només el 2% s'utilitza per al funcionament informàtic, però encara és difícil resoldre el problema actual de dissipació de calor. Les altes temperatures tindran un efecte nociu en el rendiment dels equips electrònics, i aquests mètodes tradicionals de dissipació de calor tenen certes limitacions. Per tant, per garantir la vida útil i el rendiment eficient dels equips electrònics, és urgent explorar i desenvolupar millors mètodes de dissipació de calor per a equips electrònics.
01 Tecnologia de refrigeració El mètode tradicional de dissipació de calor es veu sovint a la nostra vida diària, perquè el desenvolupament actual és molt madur i el principi és senzill, així que no ho repetiré aquí.
1.1 Refrigeració líquida
La refrigeració líquida utilitza el líquid que passa per la font de calor per treure la calor generada pel xip, sense soroll, i té una gran capacitat d'intercanvi de calor. A continuació es mostren diversos mètodes de refrigeració líquida que són noves tecnologies que es basen en l'extensió tradicional de refrigeració líquida directa.
1.1.1 Refrigeració microcanal
La refrigeració per microcanal consisteix a gravar diversos canals de fluid a nivell de micròmetre al substrat sota el xip, de manera que la calor del xip s'absorbeixi quan el fluid flueix pel canal. Aquest mètode inclou l'intercanvi de calor monofàsic i l'intercanvi de calor bifàsic. Entre ells, la capacitat calorífica de l'intercanvi de calor monofàsic és petita, l'efecte d'intercanvi de calor és pobre i la temperatura després del refredament és desigual, cosa que provoca un estrès excessiu. Per contra, l'intercanvi de calor bifàsic té una gran calor latent, la capacitat d'intercanvi de calor és alta, la temperatura després del refredament és uniforme, no es genera una gran tensió i la temperatura del fluid de treball no augmenta molt. La transferència de calor bifàsica en la refrigeració de microcanals és un punt d'investigació actual. En la transferència de calor bifàsica utilitzant refrigerant de baixa pressió com a fluid de treball, la capacitat de dissipació de calor pot arribar a més de 300 W/cm2. Mitjançant experiments, Yu Zukang et al. obtingut propietats hidròfiles superficials per millorar eficaçment el rendiment de transferència de calor dels microcanals. Sota un flux de calor baix i una sequedat d'entrada baixa, el coeficient mitjà de transferència de calor de les superfícies superhidròfiles és el més gran, que és un 64% superior al de les superfícies llises ordinàries. El coeficient mitjà de transferència de calor de la superfície hidròfila és fins a un 27% més gran que el de la superfície llisa ordinària; En condicions d'alt flux de calor i alta sequedat d'entrada, el valor mitjà del coeficient de transferència de calor de la superfície superhidrofílica és fins a un 80% més gran que el de la superfície llisa ordinària. La superfície hidròfila és fins a un 50% més alta que la superfície llisa normal. La figura 1 mostra l'estructura de refrigeració del microcanal.
El flux de calor crític (CHF) és un dels paràmetres importants que afecten el rendiment dels microcanals. Yuan Xudong i altres van presentar el progrés de la investigació de l'ICC en detall i van introduir el seu mecanisme d'influència i els seus mètodes de millora en detall, així com l'ICC existent a l'àmbit acadèmic. Diferències d'opinions. A causa de la petita mida del microcanal, la resistència al llarg del camí és molt gran; la seva estructura també té una gran influència en la refrigeració, i l'ús de microcanals rectes i paral·lels provocarà una gran caiguda de pressió i un gradient de temperatura. Té molts avantatges. Com que els canals estan gravats i no ocupen més espai, el refredament del microcanal es fa més eficient i compacte, i és més adequat per a xips electrònics petits. En general, es creu que el microradiador de doble capa pot fer front a la creixent càrrega de calor de la propera generació d'equips electrònics. Xiaogang Liu et al. va proposar l'estructura de matriu de doble capa (DL-M) i l'estructura de matriu d'interconnexió de doble capa (DL-IM) dels microcanals. I mitjançant la simulació numèrica per estudiar les diferents prestacions del radiador, es demostra que tenen un millor rendiment tèrmic.
Tot i que hi ha certes deficiències en la refrigeració de microcanals, pot resoldre els problemes que han sorgit, i el desenvolupament és més madur. Tot i que la investigació sobre CHF té punts de vista diferents, això no dificultarà el desenvolupament de la tecnologia de microcanals i la direcció de desenvolupament futura estarà més centrada. Com millorar CHF per aconseguir una refrigeració de microcanals més eficient, aquest tipus de mètode de dissipació de calor també es farà més popular.
1.1.2 Refrigeració per aspersió La refrigeració per aspersió consisteix a atomitzar el líquid a través d'un broquet per formar un esprai gas-líquid bifàsic al dispositiu electrònic. Una part d'ella absorbeix calor i es vaporitza, i una part de la calor s'emporta pel canvi de fase; l'altra part forma una pel·lícula líquida a la superfície de la font de calor, i la calor segueix el líquid. S'elimina el flux de la membrana. El gas no condensable de la pel·lícula líquida millora la pertorbació de l'intercanvi de calor, cosa que pot millorar considerablement la capacitat de dissipació de calor dels equips electrònics. La densitat de flux de calor de canvi de fase de la refrigeració per aerosol pot arribar a més de 1000 W/cm2. Lin et al. utilitzava fluorocarburs, metanol i aigua com a fluids de treball per a la calor de canvi de fase. La densitat màxima de flux de calor obtinguda mitjançant experiments va ser de 90, 90 i 90, respectivament. 490, 500 W/cm2 o més. La figura 2 és un diagrama esquemàtic de refrigeració per aerosol.
Aquest mètode de refrigeració té certes deficiències per resoldre. El mètode de refrigeració per polvorització té un sistema complex, requisits d'espai elevats i és difícil de mantenir. A causa del seu petit cabal de líquid, la distribució uniforme de la temperatura dels xips després del refredament i la baixa tensió, el refredament per aspersió es considera un mètode de dissipació de calor per a xips electrònics amb un bon potencial de desenvolupament. Actualment, com que els problemes existents no s'han resolt, només es pot utilitzar en productes militars i d'aviació. Wang Gaoyuan et al. va realitzar experiments de refrigeració per aspersió a R134a en condicions de baixa pressió i va trobar que el refredament per polvorització en condicions de baixa pressió redueix gradualment la capacitat de transferència de calor amb la disminució de la pressió, i l'evaporació de flaix té una gran influència en la capacitat de transferència de calor, que s'ha de tenir en compte a l'hora d'organitzar. broquets. L'addició de nanopartícules, tensioactius, sals solubles i gasos i additius alcohòlics al fluid de refrigeració per aerosol pot millorar considerablement les característiques de transferència de calor. Li Yiyi va comprovar mitjançant experiments que l'addició de tensioactius pot millorar eficaçment el rendiment de la transferència de calor de la refrigeració per aerosol, especialment l'addició de SDS té el millor efecte. No obstant això, el mètode actual d'afegir additius encara està en la seva infància, i els problemes existents són més complicats.
La refrigeració per aerosol està restringida per l'espai i no es pot utilitzar en petits dispositius electrònics, però l'efecte és molt bo quan s'utilitza en superordinadors. Actualment, la tecnologia de refrigeració per aerosol s'aplica als superordinadors CREY i també s'utilitza a gran escala en centres de dades. Amb el desenvolupament d'aquest mètode de refrigeració, es creu que l'aplicació serà més madura.
Els tres mètodes de dissipació de calor líquid anteriors tenen els seus propis avantatges i desavantatges. La refrigeració per aerosol i la refrigeració per raig són similars. Les seves estructures són molt complexes i no aptes per a equips electrònics diaris. No obstant això, tenen una gran capacitat de dissipació de calor. La refrigeració per aerosol és adequada per a superordinadors, en la dissipació de calor de grans dades; La refrigeració per jet és adequada per a articles militar-industrials, com ara avions de combat, avions, etc. Aquests dos mètodes de dissipació de calor no es poden substituir en els últims anys. La refrigeració de microcanals és la direcció general del desenvolupament futur, tant si es tracta d'equips electrònics diaris com d'altres instruments electrònics de precisió, s'adoptarà aquest mètode.
