Teknologi baru untuk pelesapan haba peralatan elektronik

Pengecilan dan ketepatan peralatan elektronik secara beransur-ansur telah membawa masalah pelesapan haba. Suhu mempunyai pengaruh yang besar terhadap prestasi kerja peralatan elektronik. Untuk cip elektronik yang stabil dan berfungsi secara berterusan, suhu maksimum tidak boleh melebihi 85 ℃ seperti yang diperlukan. Setiap kali suhu komponen semikonduktor meningkat sebanyak 10 ℃, kebolehpercayaan sistem akan berkurangan sebanyak 50%. Menurut statistik, lebih daripada 55% daripada kegagalan peralatan elektronik disebabkan oleh suhu yang berlebihan. Dalam cip elektronik tradisional, jumlah yang digunakan untuk penyejukan menyumbang 98%, dan hanya 2% digunakan untuk operasi pengkomputeran, tetapi masih sukar untuk menyelesaikan masalah pelesapan haba semasa. Suhu tinggi akan memberi kesan berbahaya ke atas prestasi peralatan elektronik, dan kaedah pelesapan haba tradisional tersebut mempunyai had tertentu. Oleh itu, untuk memastikan hayat perkhidmatan dan prestasi cekap peralatan elektronik, adalah penting untuk meneroka dan membangunkan kaedah pelesapan haba yang lebih baik untuk peralatan elektronik.

01 Teknologi penyejukan Kaedah pelesapan haba tradisional sering dilihat dalam kehidupan seharian kita, kerana perkembangan semasa sangat matang dan prinsipnya mudah, jadi saya tidak akan mengulanginya di sini.

1.1 Penyejukan cecair

Penyejukan cecair menggunakan cecair yang melalui sumber haba untuk menghilangkan haba yang dihasilkan oleh cip, tanpa bunyi, dan mempunyai kapasiti pertukaran haba yang tinggi. Berikut ialah beberapa kaedah penyejukan cecair yang merupakan teknologi baharu yang berasaskan sambungan penyejukan cecair langsung tradisional.

1.1.1 Penyejukan saluran mikro

Penyejukan saluran mikro adalah untuk menggores berbilang saluran bendalir paras mikrometer pada substrat di bawah cip, supaya haba cip diserap apabila bendalir mengalir melalui saluran. Kaedah ini termasuk pertukaran haba satu fasa dan pertukaran haba dua fasa. Antaranya, kapasiti haba pertukaran haba fasa tunggal adalah kecil, kesan pertukaran haba adalah lemah, dan suhu selepas penyejukan tidak sekata, mengakibatkan tekanan yang berlebihan. Sebaliknya, pertukaran haba dua fasa mempunyai haba pendam yang besar, kapasiti pertukaran haba adalah tinggi, suhu selepas penyejukan adalah seragam, tiada tekanan yang besar dihasilkan, dan suhu bendalir kerja tidak meningkat dengan sangat tinggi. Pemindahan haba dua fasa dalam penyejukan saluran mikro ialah tempat liputan penyelidikan semasa. Dalam pemindahan haba dua fasa menggunakan penyejuk tekanan rendah sebagai cecair kerja, kapasiti pelesapan haba boleh mencapai lebih daripada 300 W/cm2. Melalui eksperimen, Yu Zukang et al. memperoleh sifat hidrofilik permukaan untuk meningkatkan prestasi pemindahan haba saluran mikro dengan berkesan. Di bawah fluks haba yang rendah dan kekeringan salur masuk yang rendah, pekali pemindahan haba purata bagi permukaan super-hidrofilik adalah yang terbesar, iaitu 64% lebih tinggi daripada permukaan licin biasa. Purata pekali pemindahan haba permukaan hidrofilik adalah sehingga 27% lebih tinggi daripada permukaan licin biasa; di bawah keadaan fluks haba yang tinggi dan kekeringan masuk yang tinggi, nilai pekali pemindahan haba purata permukaan super-hidrofilik adalah sehingga kira-kira 80% lebih tinggi daripada permukaan licin biasa. Permukaan hidrofilik adalah sehingga kira-kira 50% lebih tinggi daripada permukaan licin biasa. Rajah 1 menunjukkan struktur penyejukan saluran mikro.

Fluks Haba Kritikal (CHF) adalah salah satu parameter penting yang mempengaruhi prestasi saluran mikro. Yuan Xudong dan lain-lain memperkenalkan kemajuan penyelidikan CHF secara terperinci, dan memperkenalkan mekanisme pengaruh dan kaedah penambahbaikannya secara terperinci, serta CHF yang sedia ada dalam akademik. Perbezaan pendapat. Oleh kerana saiz saluran mikro yang kecil, rintangan di sepanjang jalan adalah sangat besar; strukturnya juga mempunyai pengaruh yang besar pada penyejukan, dan penggunaan saluran mikro lurus dan selari akan menyebabkan penurunan tekanan dan kecerunan suhu yang besar. Ia mempunyai banyak kelebihan. Oleh kerana saluran terukir dan tidak menempati lebih banyak ruang, penyejukan saluran mikro menjadi lebih cekap dan padat, dan ia lebih sesuai untuk cip elektronik kecil. Secara amnya dipercayai bahawa radiator mikro dua lapisan boleh memenuhi beban haba yang semakin meningkat bagi peralatan elektronik generasi akan datang. Xiaogang Liu et al. mencadangkan struktur matriks dua lapisan (DL-M) dan struktur matriks saling sambung dua lapisan (DL-IM) bagi saluran mikro. Dan melalui simulasi berangka untuk mengkaji pelbagai prestasi radiator, terbukti bahawa mereka mempunyai prestasi haba yang lebih baik.

Walaupun terdapat kekurangan tertentu dalam penyejukan saluran mikro, ia dapat menyelesaikan masalah yang timbul, dan perkembangannya lebih matang. Walaupun penyelidikan mengenai CHF mempunyai pandangan yang berbeza, ini tidak akan menghalang pembangunan teknologi saluran mikro, dan hala tuju pembangunan masa depan akan lebih tertumpu. Bagaimana untuk meningkatkan CHF untuk mencapai penyejukan saluran mikro yang lebih cekap, kaedah pelesapan haba jenis ini juga akan menjadi lebih popular.

1.1.2 Penyejukan semburan Penyejukan semburan adalah untuk mengatomkan cecair melalui muncung untuk membentuk semburan dua fasa gas-cecair kepada peranti elektronik. Satu bahagian daripadanya menyerap haba dan mengewap, dan sebahagian daripada haba diambil oleh perubahan fasa; bahagian lain membentuk filem cecair pada permukaan sumber haba, dan haba mengikuti cecair. Aliran membran diambil. Gas tidak boleh terkondensasi dalam filem cecair meningkatkan gangguan kepada pertukaran haba, yang boleh meningkatkan kapasiti pelesapan haba peralatan elektronik. Ketumpatan fluks haba perubahan fasa penyejukan semburan boleh mencapai lebih daripada 1000 W/cm2. Lin et al. menggunakan fluorokarbon, metanol, dan air sebagai cecair kerja untuk haba perubahan fasa. Ketumpatan fluks haba maksimum yang diperoleh melalui eksperimen ialah 90, 90, dan 90, masing-masing. 490, 500 W/cm2 atau lebih. Rajah 2 ialah gambarajah skematik penyejukan semburan.

Kaedah penyejukan ini mempunyai kelemahan tertentu untuk diselesaikan. Kaedah penyejukan semburan mempunyai sistem yang kompleks, keperluan ruang yang tinggi, dan sukar untuk diselenggara. Oleh kerana kadar aliran cecairnya yang kecil, pengagihan suhu cip seragam selepas penyejukan, dan tekanan rendah, penyejukan semburan dianggap sebagai kaedah pelesapan haba untuk cip elektronik dengan potensi pembangunan yang baik. Pada masa ini, kerana masalah yang ada belum diselesaikan, ia hanya boleh digunakan dalam produk ketenteraan dan penerbangan. Wang Gaoyuan et al. menjalankan eksperimen penyejukan semburan pada R134a di bawah keadaan tekanan rendah, dan mendapati bahawa penyejukan semburan di bawah keadaan tekanan rendah secara beransur-ansur mengurangkan kapasiti pemindahan haba dengan penurunan tekanan, dan penyejatan kilat mempunyai pengaruh yang besar pada kapasiti pemindahan haba, yang perlu dipertimbangkan semasa mengatur muncung. Menambah nanozarah, surfaktan, garam dan gas larut, dan bahan tambahan alkohol pada cecair penyejuk semburan boleh meningkatkan ciri pemindahan haba dengan ketara. Li Yiyi mengesahkan melalui eksperimen bahawa penambahan surfaktan dapat meningkatkan prestasi pemindahan haba penyejukan semburan dengan berkesan, terutamanya penambahan SDS mempunyai kesan terbaik. Walau bagaimanapun, kaedah semasa menambah bahan tambahan masih di peringkat awal, dan masalah sedia ada lebih rumit.

Penyejukan semburan dihadkan oleh ruang dan tidak boleh digunakan dalam peranti elektronik kecil, tetapi kesannya sangat baik apabila digunakan dalam superkomputer. Pada masa ini, teknologi penyejukan semburan digunakan pada superkomputer CREY dan juga digunakan secara besar-besaran di pusat data. Dengan pembangunan kaedah penyejukan ini, ia dipercayai bahawa aplikasi akan menjadi lebih matang.

Ketiga-tiga kaedah pelesapan haba cecair di atas mempunyai kelebihan dan kekurangannya sendiri. Penyejukan semburan dan penyejukan jet adalah serupa. Strukturnya sangat kompleks dan tidak sesuai untuk peralatan elektronik harian. Walau bagaimanapun, mereka mempunyai keupayaan pelesapan haba yang kuat. Penyejukan semburan sesuai untuk superkomputer, Dalam pelesapan haba data besar; penyejukan jet sesuai untuk barangan industri ketenteraan, seperti jet pejuang, pesawat, dll. Kedua-dua kaedah pelesapan haba ini tidak boleh diganti dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Penyejukan saluran mikro adalah arah umum pembangunan masa depan, sama ada dalam peralatan elektronik harian atau instrumen elektronik ketepatan lain, kaedah ini akan diguna pakai.