Nova tehnologija za odvođenje toplote elektronske opreme
Postepena minijaturizacija i preciznost elektronske opreme dovela je do problema odvođenja toplote. Temperatura ima veliki uticaj na rad elektronske opreme. Za stabilan i kontinuiran radni elektronski čip, maksimalna temperatura ne može preći 85 ℃ prema potrebi. Svaki put kada se temperatura poluprovodničke komponente poveća za 10 ℃, pouzdanost sistema će se smanjiti za 50%. Prema statistikama, više od 55% kvarova elektronske opreme uzrokovano je prekomjernom temperaturom. U tradicionalnom elektronskom čipu, zapremina koja se koristi za hlađenje čini 98%, a samo 2% se koristi za rad računara, ali je i dalje teško rešiti trenutni problem odvođenja toplote. Visoka temperatura će imati štetan uticaj na performanse elektronske opreme, a te tradicionalne metode odvođenja toplote imaju određena ograničenja. Stoga, kako bi se osigurao vijek trajanja i učinkovit rad elektronske opreme, hitno je istražiti i razviti bolje metode odvođenja topline za elektroničku opremu.
01 Tehnologija hlađenja Tradicionalni način odvođenja toplote se često sreće u našem svakodnevnom životu, jer je trenutni razvoj veoma zreo, a princip je jednostavan, pa ga neću ponavljati ovde.
1.1 Hlađenje tekućinom
Tečno hlađenje koristi tečnost koja prolazi kroz izvor toplote kako bi oduzela toplotu koju generiše čip, bez buke i ima visok kapacitet razmene toplote. Slijedi nekoliko metoda tekućeg hlađenja koje su nove tehnologije koje se zasnivaju na tradicionalnom proširenju direktnog tečnog hlađenja.
1.1.1 Mikrokanalno hlađenje
Mikrokanalno hlađenje je nagrizanje višestrukih kanala fluida na mikrometarskom nivou na podlozi ispod čipa, tako da se toplota čipa apsorbuje kada tečnost teče kroz kanal. Ova metoda uključuje jednofaznu izmjenu topline i dvofaznu izmjenu topline. Među njima, toplotni kapacitet jednofazne razmene toplote je mali, efekat razmene toplote je slab, a temperatura nakon hlađenja je neujednačena, što dovodi do prekomernog naprezanja. Naprotiv, dvofazna izmjena topline ima veliku latentnu toplinu, kapacitet izmjene topline je visok, temperatura nakon hlađenja je ujednačena, ne stvara se veliki stres, a temperatura radnog fluida ne raste jako visoko. Dvofazni prijenos topline u mikrokanalnom hlađenju je trenutno žarište istraživanja. Kod dvofaznog prijenosa topline korištenjem rashladnog sredstva niskog pritiska kao radnog fluida, kapacitet odvođenja topline može doseći više od 300 W/cm2. Kroz eksperimente, Yu Zukang et al. dobijena površinska hidrofilna svojstva za efikasno poboljšanje performansi prenosa toplote mikrokanala. Pod niskim toplotnim fluksom i malom ulaznom suhoćom, prosječni koeficijent prijenosa topline superhidrofilnih površina je najveći, koji je 64% veći od onog kod običnih glatkih površina. Prosječni koeficijent prijenosa topline hidrofilne površine je do 27% veći od koeficijenta obične glatke površine; u uslovima visokog toplotnog fluksa i velike suvoće na ulazu, prosečna vrednost koeficijenta prenosa toplote superhidrofilne površine je do oko 80% veća od vrednosti obične glatke površine. Hidrofilna površina je do oko 50% veća od normalne glatke površine. Slika 1 prikazuje strukturu mikrokanalnog hlađenja.
Kritični toplotni tok (CHF) je jedan od važnih parametara koji utiču na performanse mikrokanala. Yuan Xudong i drugi su detaljno predstavili napredak istraživanja CHF-a i detaljno predstavili njegov mehanizam utjecaja i metode poboljšanja, kao i CHF koji postoji u akademskim krugovima. Razlike u mišljenjima. Zbog male veličine mikrokanala, otpor na putu je vrlo velik; njegova struktura takođe ima veliki uticaj na hlađenje, a upotreba ravnih i paralelnih mikrokanala će uzrokovati veliki pad pritiska i temperaturni gradijent. Ima mnogo prednosti. Budući da su kanali urezani i ne zauzimaju više prostora, mikrokanalno hlađenje postaje efikasnije i kompaktnije, te je pogodnije za male elektronske čipove. Općenito se vjeruje da dvoslojni mikro radijator može podnijeti sve veće toplinsko opterećenje sljedeće generacije elektronske opreme. Xiaogang Liu et al. predložio je dvoslojnu matričnu strukturu (DL-M) i dvoslojnu matričnu strukturu interkonektivne strukture (DL-IM) mikrokanala. I kroz numeričku simulaciju za proučavanje različitih performansi radijatora, dokazano je da imaju bolje termičke performanse.
Iako postoje određeni nedostaci u mikrokanalnom hlađenju, ono može riješiti nastale probleme, a razvoj je zreliji. Iako istraživanja o CHF imaju različite poglede, to neće ometati razvoj mikrokanalne tehnologije, a budući smjer razvoja će biti usmjereniji. Kako poboljšati CHF za postizanje efikasnijeg mikrokanalnog hlađenja, ova vrsta metode odvođenja topline također će postati popularnija.
1.1.2 Hlađenje raspršivanjem Hlađenje raspršivanjem je raspršivanje tečnosti kroz mlaznicu da bi se formirao dvofazni sprej gas-tečnost do elektronskog uređaja. Jedan dio apsorbira toplinu i isparava, a dio topline se oduzima promjenom faze; drugi dio formira tekući film na površini izvora topline, a toplina prati tekućinu. Protok membrane je oduzet. Gas koji se ne kondenzira u tečnom filmu povećava smetnje u razmjeni topline, što može uvelike poboljšati kapacitet odvođenja topline elektronske opreme. Gustina toplotnog fluksa s promjenom faze hlađenja raspršivanjem može doseći više od 1000 W/cm2. Lin et al. koristio fluorougljenik, metanol i vodu kao radne fluide za toplotu koja menja fazu. Maksimalna gustina toplotnog toka dobijena eksperimentima bila je 90, 90, odnosno 90. 490, 500 W/cm2 ili više. Slika 2 je šematski dijagram hlađenja raspršivanjem.
Ovaj način hlađenja ima određene nedostatke koje treba riješiti. Metoda hlađenja raspršivanjem ima složen sistem, velike zahtjeve za prostorom i teško se održava. Zbog malog protoka tečnosti, ujednačene raspodele temperature čipa nakon hlađenja i niskog naprezanja, hlađenje raspršivanjem se smatra metodom odvođenja toplote za elektronske čipove sa dobrim razvojnim potencijalom. Za sada, pošto postojeći problemi nisu riješeni, može se koristiti samo u vojnim i zrakoplovnim proizvodima. Wang Gaoyuan i dr. sproveli eksperimente hlađenja raspršivanjem na R134a pod uslovima niskog pritiska i otkrili da hlađenje raspršivanjem pod uslovima niskog pritiska postepeno smanjuje kapacitet prenosa toplote sa smanjenjem pritiska, a fleš isparavanje ima veliki uticaj na kapacitet prenosa toplote, što treba uzeti u obzir pri uređenju mlaznice. Dodavanje nanočestica, surfaktanata, rastvorljivih soli i gasova i alkoholnih aditiva u rashladni fluid može značajno poboljšati karakteristike prenosa toplote. Li Yiyi je kroz eksperimente potvrdio da dodatak surfaktanata može efikasno poboljšati performanse prijenosa topline kod hlađenja raspršivanjem, posebno dodavanje SDS-a ima najbolji učinak. Međutim, trenutni način dodavanja aditiva je još uvijek u povojima, a postojeći problemi su složeniji.
Hlađenje raspršivanjem je ograničeno prostorom i ne može se koristiti u malim elektronskim uređajima, ali efekat je veoma dobar kada se koristi u superkompjuterima. Trenutno se tehnologija hlađenja raspršivanjem primjenjuje na CREY superkompjutere i također se koristi u velikom obimu u centrima podataka. Sa razvojem ove metode hlađenja, vjeruje se da će aplikacija biti zrelija.
Gore navedene tri metode odvođenja tekućine imaju svoje prednosti i nedostatke. Hlađenje sprejom i mlazno hlađenje su slične. Njihove strukture su veoma složene i nisu pogodne za svakodnevnu elektronsku opremu. Međutim, oni imaju jaku sposobnost disipacije topline. Hlađenje sprejom je pogodno za superkompjutere, u rasipavanju toplote velikih podataka; mlazno hlađenje je pogodno za vojno-industrijske predmete, kao što su borbeni avioni, avioni, itd. Ove dvije metode odvođenja topline ne mogu se zamijeniti posljednjih godina. Mikrokanalno hlađenje je opći smjer budućeg razvoja, bilo da se radi o svakodnevnoj elektronskoj opremi ili drugim preciznim elektronskim instrumentima, ova metoda će biti usvojena.
