Új technológia az elektronikus berendezések hőelvezetésére

Az elektronikus berendezések fokozatos miniatürizálása és precíziója a hőelvezetés problémáját hozta magával. A hőmérséklet nagyban befolyásolja az elektronikus berendezések működési teljesítményét. Egy stabil és folyamatosan működő elektronikus chiphez a maximális hőmérséklet nem haladhatja meg a 85 ℃-ot, ahogyan szükséges. Minden alkalommal, amikor egy félvezető alkatrész hőmérséklete 10 ℃-kal nő, a rendszer megbízhatósága 50%-kal csökken. A statisztikák szerint az elektronikus berendezések meghibásodásának több mint 55%-át a túlzott hőmérséklet okozza. A hagyományos elektronikus chipben a hűtésre használt térfogat 98%-ot tesz ki, és csak 2%-ot használnak számítástechnikai működésre, de a jelenlegi hőleadási problémát még így is nehéz megoldani. A magas hőmérséklet káros hatással lesz az elektronikus berendezések teljesítményére, és ezeknek a hagyományos hőelvezetési módszereknek vannak bizonyos korlátai. Ezért az elektronikus berendezések élettartamának és hatékony teljesítményének biztosítása érdekében sürgős az elektronikus berendezések jobb hőelvezetési módszereinek feltárása és fejlesztése.

01 Hűtéstechnika A hagyományos hőleadási módszer mindennapi életünkben gyakran látható, mert a jelenlegi fejlesztés nagyon kiforrott és az elv egyszerű, ezért itt nem ismétlem meg.

1.1 Folyadékhűtés

A folyadékhűtés a hőforráson áthaladó folyadékot használja fel a chip által termelt hő elvezetésére, zaj nélkül, és nagy hőcserélő képességgel rendelkezik. Az alábbiakban a folyadékhűtés számos módszerét mutatjuk be, amelyek olyan új technológiák, amelyek a hagyományos közvetlen folyadékhűtés kiterjesztésen alapulnak.

1.1.1 Mikrocsatornás hűtés

A mikrocsatornás hűtés célja több mikrométeres folyadékcsatorna maratása a chip alatti szubsztrátumon, így a chip hője elnyelődik, amikor a folyadék átáramlik a csatornán. Ez a módszer egyfázisú hőcserét és kétfázisú hőcserét foglal magában. Közülük az egyfázisú hőcsere hőkapacitása kicsi, a hőcserélő hatása gyenge, és a hűtés utáni hőmérséklet egyenetlen, ami túlzott feszültséget eredményez. Éppen ellenkezőleg, a kétfázisú hőcsere nagy látens hővel rendelkezik, a hőcserélő kapacitása magas, a hűtés utáni hőmérséklet egyenletes, nem keletkezik nagy feszültség, és a munkaközeg hőmérséklete nem emelkedik nagyon magasra. A kétfázisú hőátadás a mikrocsatornás hűtésben a jelenlegi kutatási hotspot. A kétfázisú hőátadásban alacsony nyomású hűtőközeget használnak munkaközegként, a hőleadási kapacitás elérheti a 300 W/cm2-t is. Kísérletek révén Yu Zukang et al. felületi hidrofil tulajdonságokat kapott a mikrocsatornák hőátadási teljesítményének hatékony javítása érdekében. Alacsony hőáram és alacsony bemeneti szárazság mellett a szuperhidrofil felületek átlagos hőátbocsátási tényezője a legnagyobb, ami 64%-kal magasabb, mint a közönséges sima felületeké. A hidrofil felület átlagos hőátbocsátási tényezője akár 27%-kal magasabb, mint a közönséges sima felületé; nagy hőáram és nagy bemeneti szárazság mellett a szuperhidrofil felület átlagos hőátbocsátási tényezője körülbelül 80%-kal magasabb, mint a szokásos sima felületeké. A hidrofil felület körülbelül 50%-kal magasabb, mint a normál sima felület. Az 1. ábra a mikrocsatornás hűtés felépítését mutatja.

A kritikus hőáram (CHF) az egyik fontos paraméter, amely befolyásolja a mikrocsatornák teljesítményét. Yuan Xudong és mások részletesen bemutatták a CHF kutatási előrehaladását, részletesen bemutatták annak befolyásolási mechanizmusát és fejlesztési módszereit, valamint a tudományos körökben létező CHF-et. Véleménykülönbségek. A mikrocsatorna kis mérete miatt az ellenállás az út mentén nagyon nagy; szerkezete is nagy hatással van a hűtésre, az egyenes és párhuzamos mikrocsatornák használata pedig nagy nyomásesést és hőmérsékleti gradienst okoz. Sok előnye van. Mivel a csatornák maratottak és nem foglalnak több helyet, a mikrocsatornás hűtés hatékonyabbá és kompaktabbá válik, és alkalmasabb kis elektronikai chipekhez. Általános vélekedés, hogy a kétrétegű mikroradiátor képes megfelelni az elektronikus berendezések következő generációjának növekvő hőterhelésének. Xiaogang Liu et al. javasolta a mikrocsatornák kétrétegű mátrix szerkezetét (DL-M) és kétrétegű összekapcsoló mátrix szerkezetét (DL-IM). A radiátorok különféle teljesítményének tanulmányozására szolgáló numerikus szimuláció pedig bebizonyította, hogy jobb hőteljesítményűek.

A mikrocsatornás hűtésben ugyan vannak hiányosságok, de a felmerülő problémákat megoldja, a fejlesztés is kiforrottabb. Bár a CHF-re vonatkozó kutatások eltérő álláspontot képviselnek, ez nem akadályozza a mikrocsatorna-technológia fejlődését, és a jövőbeni fejlesztési irány is fókuszáltabb lesz. Hogyan lehet javítani a CHF-en a hatékonyabb mikrocsatornás hűtést, ez a fajta hőelvezetési módszer is egyre népszerűbb lesz.

1.1.2 Porlasztásos hűtés A porlasztásos hűtés célja a folyadék porlasztása egy fúvókán keresztül, hogy gáz-folyadék kétfázisú permetet képezzen az elektronikus eszközön. Egy része hőt vesz fel és elpárolog, a hő egy részét pedig a fázisváltás veszi el; a másik része folyadékfilmet képez a hőforrás felületén, és a hő követi a folyadékot. A membrán áramlását elvonják. A folyadékfilmben lévő nem kondenzálódó gáz fokozza a hőcsere zavarát, ami nagymértékben javíthatja az elektronikus berendezések hőelvezető képességét. A porlasztásos hűtés fázisváltó hőáram-sűrűsége elérheti az 1000 W/cm2-t is. Lin és mtsai. fluor-szénhidrogént, metanolt és vizet használt a fázisváltó hő munkafolyadékaként. A kísérletekkel kapott maximális hőáram-sűrűség 90, 90 és 90 volt. 490, 500 W/cm2 vagy több. A 2. ábra a permetező hűtés sematikus diagramja.

Ennek a hűtési módnak vannak bizonyos hiányosságai, amelyeket meg kell oldani. A permetező hűtési módszer összetett rendszerű, nagy helyigényű és nehezen karbantartható. Kis folyadékáramlási sebessége, egyenletes forgácshőmérséklet-eloszlása ​​hűtés után és alacsony igénybevétele miatt a porlasztóhűtés jó fejlesztési potenciállal rendelkező elektronikus chipek hőelvezetési módszerének tekinthető. Jelenleg, mivel a fennálló problémákat nem sikerült megoldani, csak katonai és légi közlekedési termékekben használható. Wang Gaoyuan et al. permetezéses hűtési kísérleteket végzett az R134a-n alacsony nyomású körülmények között, és megállapította, hogy az alacsony nyomású permetezéses hűtés a nyomás csökkenésével fokozatosan csökkenti a hőátadó képességet, és a gyors párolgás nagy hatással van a hőátadó képességre, amit figyelembe kell venni az elrendezésnél. fúvókák. Nanorészecskék, felületaktív anyagok, oldható sók és gázok, valamint alkohol adalékok hozzáadása a permetező hűtőfolyadékhoz nagymértékben javíthatja a hőátadási jellemzőket. Li Yiyi kísérletekkel igazolta, hogy a felületaktív anyagok hozzáadása hatékonyan javíthatja a permethűtés hőátadási teljesítményét, különösen az SDS hozzáadásával van a legjobb hatás. Az adalékanyagok hozzáadásának jelenlegi módja azonban még gyerekcipőben jár, és a meglévő problémák bonyolultabbak.

A permetező hűtést a hely korlátozza, és nem használható kis elektronikai eszközökben, de szuperszámítógépekben nagyon jó a hatás. Jelenleg a permetező hűtési technológiát alkalmazzák a CREY szuperszámítógépeken, és széles körben használják adatközpontokban is. Úgy gondolják, hogy ennek a hűtési módszernek a kifejlesztésével az alkalmazás érettebb lesz.

A fenti három folyékony hőelvezetési módszernek megvannak a maga előnyei és hátrányai. A spray-hűtés és a sugárhűtés hasonló. Szerkezetük nagyon összetett, és nem alkalmas napi elektronikus berendezésekhez. Ugyanakkor erős hőelvezető képességgel rendelkeznek. A porlasztóhűtés szuperszámítógépekhez alkalmas, nagy adatátviteli hőelvezetésben; A sugárhajtású hűtés alkalmas hadiipari cikkekre, mint például vadászrepülőgépek, repülőgépek stb. Ez a két hőleadási módszer az elmúlt években nem pótolható. A mikrocsatornás hűtés a jövőbeli fejlesztés általános iránya, legyen szó napi elektronikus berendezésekről vagy más precíziós elektronikus műszerekről, ezt a módszert alkalmazzák.