Нова технологија за одвођење топлоте електронске опреме
Постепена минијатуризација и прецизност електронске опреме довела је до проблема дисипације топлоте. Температура има велики утицај на рад електронске опреме. За стабилан и континуиран радни електронски чип, максимална температура не може прећи 85 ℃ према потреби. Сваки пут када се температура полупроводничке компоненте повећа за 10 ℃, поузданост система ће се смањити за 50%. Према статистикама, више од 55% кварова електронске опреме узроковано је превисоком температуром. У традиционалном електронском чипу, запремина која се користи за хлађење чини 98%, а само 2% се користи за рад рачунара, али је и даље тешко решити тренутни проблем одвођења топлоте. Висока температура ће имати штетан утицај на перформансе електронске опреме, а те традиционалне методе одвођења топлоте имају одређена ограничења. Стога, како би се обезбедио радни век и ефикасан рад електронске опреме, хитно је истражити и развити боље методе одвођења топлоте за електронску опрему.
01 Технологија хлађења Традиционална метода одвођења топлоте се често среће у нашем свакодневном животу, јер је тренутни развој веома зрео и принцип је једноставан, тако да га овде нећу понављати.
1.1 Течно хлађење
Течно хлађење користи течност која пролази кроз извор топлоте да однесе топлоту коју генерише чип, без буке и има висок капацитет размене топлоте. Следи неколико метода течног хлађења које су нове технологије које се заснивају на традиционалном проширењу директног течног хлађења.
1.1.1 Микроканално хлађење
Микроканално хлађење је да се нагриза више канала течности на нивоу микрометара на подлози испод чипа, тако да се топлота чипа апсорбује када течност тече кроз канал. Ова метода укључује једнофазну размену топлоте и двофазну размену топлоте. Међу њима, топлотни капацитет једнофазне размене топлоте је мали, ефекат размене топлоте је слаб, а температура након хлађења је неуједначена, што резултира прекомерним стресом. Напротив, двофазна размена топлоте има велику латентну топлоту, капацитет размене топлоте је висок, температура након хлађења је уједначена, не ствара се велики стрес, а температура радног флуида не расте веома високо. Двофазни пренос топлоте у микроканалном хлађењу је тренутно жариште истраживања. У двофазном преносу топлоте користећи расхладно средство ниског притиска као радни флуид, капацитет дисипације топлоте може достићи више од 300 В/цм2. Кроз експерименте, Иу Зуканг ет ал. добијена површинска хидрофилна својства за ефикасно побољшање перформанси преноса топлоте микроканала. Под ниским топлотним флуксом и малом сувошћу на улазу, просечни коефицијент преноса топлоте суперхидрофилних површина је највећи, који је 64% већи од оног код обичних глатких површина. Просечан коефицијент преноса топлоте хидрофилне површине је до 27% већи од коефицијента обичне глатке површине; у условима високог топлотног флукса и велике сувоће на улазу, просечна вредност коефицијента преноса топлоте суперхидрофилне површине је до око 80% већа од оне обичне глатке површине. Хидрофилна површина је до око 50% већа од нормалне глатке површине. На слици 1 приказана је структура микроканалног хлађења.
Критични топлотни ток (ЦХФ) је један од важних параметара који утичу на перформансе микроканала. Иуан Ксудонг и други су детаљно представили напредак истраживања ЦХФ-а и детаљно представили његов механизам утицаја и методе побољшања, као и ЦХФ који постоји у академским круговима. Разлике у мишљењима. Због мале величине микроканала, отпор на путу је веома велики; његова структура такође има велики утицај на хлађење, а употреба правих и паралелних микроканала ће изазвати велики пад притиска и температурни градијент. Има много предности. Пошто су канали урезани и не заузимају више простора, микроканално хлађење постаје ефикасније и компактније и погодније је за мале електронске чипове. Генерално се верује да двослојни микро радијатор може да одговори на све веће топлотно оптерећење следеће генерације електронске опреме. Ксиаоганг Лиу и др. предложио је двослојну матричну структуру (ДЛ-М) и двослојну структуру матричне структуре интерконекције (ДЛ-ИМ) микроканала. И кроз нумеричку симулацију за проучавање различитих перформанси радијатора, доказано је да они имају боље топлотне перформансе.
Иако постоје одређени недостаци у микроканалном хлађењу, оно може да реши настале проблеме, а развој је зрелији. Иако истраживања о ЦХФ имају различите погледе, то неће ометати развој микроканалне технологије, а будући правац развоја ће бити фокусиранији. Како побољшати ЦХФ да би се постигло ефикасније микроканално хлађење, ова врста методе одвођења топлоте ће такође постати популарнија.
1.1.2 Хлађење распршивањем Хлађење распршивањем је распршивање течности кроз млазницу да би се формирао двофазни спреј гас-течност до електронског уређаја. Један део апсорбује топлоту и испарава, а део топлоте се одузима променом фазе; други део формира течни филм на површини извора топлоте, а топлота прати течност. Проток мембране се одузима. Гас који се не може кондензовати у течном филму повећава сметње у размени топлоте, што може значајно побољшати капацитет дисипације топлоте електронске опреме. Густина топлотног флукса са променом фазе хлађења распршивањем може да достигне више од 1000 В/цм2. Лин ет ал. користио флуороугљеник, метанол и воду као радне течности за топлоту која мења фазу. Максимална густина топлотног флукса добијена експериментом била је 90, 90 и 90, респективно. 490, 500 В/цм2 или више. Слика 2 је шематски дијаграм хлађења распршивањем.
Овај начин хлађења има одређене недостатке које треба решити. Метода хлађења распршивањем има сложен систем, велике захтеве за простором и тешко се одржава. Због малог протока течности, уједначене дистрибуције температуре чипа након хлађења и ниског напрезања, хлађење распршивањем се сматра методом одвођења топлоте за електронске чипове са добрим развојним потенцијалом. Тренутно, пошто постојећи проблеми нису решени, може се користити само у војним и авијацијским производима. Ванг Гаојуан и др. спровели експерименте хлађења распршивањем на Р134а под условима ниског притиска и открили да хлађење распршивањем под условима ниског притиска постепено смањује капацитет преноса топлоте са смањењем притиска, а флеш испаравање има велики утицај на капацитет преноса топлоте, што треба узети у обзир при уређењу млазнице. Додавање наночестица, сурфактаната, растворљивих соли и гасова и алкохолних адитива у расхладну течност може значајно побољшати карактеристике преноса топлоте. Ли Ииии је кроз експерименте потврдио да додавање сурфактаната може ефикасно побољшати перформансе преноса топлоте хлађења распршивањем, посебно додавање СДС-а има најбољи ефекат. Међутим, тренутни начин додавања адитива је још увек у повоју, а постојећи проблеми су још компликованији.
Хлађење спрејом је ограничено простором и не може се користити у малим електронским уређајима, али ефекат је веома добар када се користи у суперкомпјутерима. Тренутно се технологија хлађења распршивањем примењује на ЦРЕИ суперкомпјутере и такође се користи у великом обиму у центрима података. Са развојем ове методе хлађења, верује се да ће апликација бити зрелија.
Горе наведене три течне методе одвођења топлоте имају своје предности и мане. Хлађење спрејом и млазно хлађење су сличне. Њихове структуре су веома сложене и нису погодне за свакодневну електронску опрему. Међутим, они имају јаку способност дисипације топлоте. Хлађење спрејом је погодно за суперкомпјутере, у расипавању топлоте великих података; млазно хлађење је погодно за војно-индустријске предмете, као што су борбени авиони, авиони итд. Ове две методе одвођења топлоте не могу се заменити последњих година. Микроканално хлађење је општи правац будућег развоја, било да се ради о свакодневној електронској опреми или другим прецизним електронским инструментима, овај метод ће бити усвојен.
