Elektronik ekipmanın ısı dağılımı için yeni teknoloji
Elektronik ekipmanın kademeli olarak minyatürleştirilmesi ve hassaslığı, ısı yayılımı sorununu beraberinde getirdi. Sıcaklık, elektronik ekipmanın çalışma performansı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Kararlı ve sürekli çalışan bir elektronik çip için maksimum sıcaklık gerektiği gibi 85 ℃'yi aşamaz. Bir yarı iletken bileşenin sıcaklığı her 10 ℃ arttığında, sistemin güvenilirliği %50 oranında azalacaktır. İstatistiklere göre, elektronik ekipman arızalarının %55'inden fazlası aşırı sıcaklıktan kaynaklanmaktadır. Geleneksel elektronik çipte, soğutma için kullanılan hacim %98'dir ve hesaplama işlemi için sadece %2 kullanılır, ancak mevcut ısı dağılımı problemini çözmek hala zordur. Yüksek sıcaklığın elektronik ekipmanın performansı üzerinde zararlı bir etkisi olacaktır ve bu geleneksel ısı dağıtma yöntemlerinin belirli sınırlamaları vardır. Bu nedenle, elektronik ekipmanın hizmet ömrünü ve verimli performansını sağlamak için, elektronik ekipman için daha iyi ısı dağıtma yöntemlerini keşfetmek ve geliştirmek acildir.
01 Soğutma teknolojisi Geleneksel ısı dağıtma yöntemi günlük hayatımızda sıklıkla görülür, çünkü mevcut gelişme çok olgun ve ilke basittir, bu yüzden burada tekrar etmeyeceğim.
1.1 Sıvı soğutma
Sıvı soğutma, ısı kaynağından geçen sıvıyı çip tarafından üretilen ısıyı gürültüsüz bir şekilde uzaklaştırmak için kullanır ve yüksek ısı değişim kapasitesine sahiptir. Aşağıdakiler, geleneksel doğrudan sıvı soğutma uzantısına dayanan yeni teknolojiler olan birkaç sıvı soğutma yöntemidir.
1.1.1 Mikrokanal soğutma
Mikro-kanal soğutma, çipin altındaki alt tabaka üzerinde birden fazla mikrometre düzeyinde sıvı kanalı aşındırmak içindir, böylece sıvı kanaldan akarken çipin ısısı emilir. Bu yöntem, tek fazlı ısı değişimini ve iki fazlı ısı değişimini içerir. Bunlar arasında, tek fazlı ısı değişiminin ısı kapasitesi küçüktür, ısı değişimi etkisi zayıftır ve soğutmadan sonraki sıcaklık dengesizdir, bu da aşırı strese neden olur. Aksine, iki fazlı ısı değişimi büyük bir gizli ısıya sahiptir, ısı değişim kapasitesi yüksektir, soğutma sonrası sıcaklık eşittir, büyük bir stres oluşmaz ve çalışma sıvısı sıcaklığı çok yükselmez. Mikrokanal soğutmada iki fazlı ısı transferi, güncel bir araştırma sıcak noktasıdır. Çalışma akışkanı olarak düşük basınçlı soğutucu akışkan kullanan iki fazlı ısı transferinde, ısı yayma kapasitesi 300 W/cm2'nin üzerine çıkabilir. Deneyler yoluyla, Yu Zukang ve ark. mikro kanalların ısı transfer performansını etkin bir şekilde geliştirmek için yüzey hidrofilik özellikleri elde edildi. Düşük ısı akışı ve düşük giriş kuruluğu altında, süper hidrofilik yüzeylerin ortalama ısı transfer katsayısı, sıradan pürüzsüz yüzeylerden %64 daha yüksek olan en büyüktür. Hidrofilik yüzeyin ortalama ısı transfer katsayısı, sıradan pürüzsüz yüzeyden %27'ye kadar daha yüksektir; yüksek ısı akışı ve yüksek giriş kuruluğu koşulları altında, süper hidrofilik yüzeyin ortalama ısı transfer katsayısı değeri, sıradan pürüzsüz yüzeyinkinden yaklaşık %80 daha yüksektir. Hidrofilik yüzey, normal pürüzsüz yüzeyden yaklaşık %50 daha yüksektir. Şekil 1, mikrokanal soğutmanın yapısını göstermektedir.
Kritik Isı Akısı (CHF), mikro kanalların performansını etkileyen önemli parametrelerden biridir. Yuan Xudong ve diğerleri, CHF'nin araştırma ilerlemesini ayrıntılı olarak tanıttılar ve etkileme mekanizmasını ve iyileştirme yöntemlerini ve ayrıca akademide mevcut olan CHF'yi ayrıntılı olarak tanıttılar. Görüşlerdeki farklılıklar. Mikro kanalın küçük boyutu nedeniyle yol boyunca direnç çok büyüktür; yapısının soğutma üzerinde de büyük etkisi vardır ve düz ve paralel mikro kanalların kullanılması büyük bir basınç düşüşüne ve sıcaklık gradyanına neden olur. Birçok avantajı vardır. Kanallar kazınmış olduğundan ve daha fazla yer kaplamadığından, mikro kanal soğutması daha verimli ve kompakt hale gelir ve küçük elektronik çipler için daha uygundur. Genellikle çift katmanlı mikro radyatörün, yeni nesil elektronik ekipmanın artan ısı yükünü karşılayabileceğine inanılmaktadır. Xiaogang Liu et al. mikro kanalların çift katmanlı matris yapısını (DL-M) ve çift katmanlı ara bağlantı matris yapısını (DL-IM) önerdi. Radyatörün çeşitli performansını incelemek için sayısal simülasyon yoluyla, daha iyi termal performansa sahip oldukları kanıtlanmıştır.
Mikrokanal soğutmada bazı eksiklikler olsa da, ortaya çıkan sorunları çözebilir ve gelişme daha olgundur. CHF ile ilgili araştırmalar farklı görüşlere sahip olsa da, bu durum mikrokanal teknolojisinin gelişimine engel olmayacak ve gelecekteki gelişim yönü daha odaklı olacaktır. Daha verimli mikro kanal soğutması elde etmek için CHF nasıl geliştirilir, bu tür ısı dağıtma yöntemi de daha popüler hale gelecektir.
1.1.2 Püskürtmeli soğutma Püskürtmeli soğutma, elektronik cihaza gaz-sıvı iki fazlı bir sprey oluşturmak için sıvıyı bir memeden atomize etmektir. Bir kısmı ısıyı emer ve buharlaşır ve ısının bir kısmı faz değişimi ile alınır; diğer kısım ısı kaynağının yüzeyinde sıvı bir film oluşturur ve ısı sıvıyı takip eder. Membranın akışı alınır. Sıvı filmdeki yoğuşmayan gaz, elektronik ekipmanın ısı yayma kapasitesini büyük ölçüde artırabilen ısı alışverişindeki rahatsızlığı artırır. Püskürtmeli soğutmanın faz değişimli ısı ısı akışı yoğunluğu 1000 W/cm2'nin üzerine çıkabilir. Lin et al. faz değişim ısısı için çalışma sıvıları olarak florokarbon, metanol ve su kullandı. Deneyler yoluyla elde edilen maksimum ısı akışı yoğunluğu sırasıyla 90, 90 ve 90 idi. 490, 500 W/cm2 veya daha fazla. Şekil 2, püskürtmeli soğutmanın şematik bir diyagramıdır.
Bu soğutma yönteminin çözülmesi gereken bazı eksiklikleri vardır. Püskürtmeli soğutma yönteminin karmaşık bir sistemi, yüksek alan gereksinimleri vardır ve bakımı zordur. Küçük sıvı akış hızı, soğutmadan sonra düzgün talaş sıcaklık dağılımı ve düşük stres nedeniyle, püskürtmeli soğutma, iyi gelişme potansiyeline sahip elektronik çipler için bir ısı dağıtma yöntemi olarak kabul edilir. Şu anda mevcut problemler çözülmediği için sadece askeri ve havacılık ürünlerinde kullanılabilmektedir. Wang Gaoyuan ve ark. düşük basınç koşulları altında R134a üzerinde sprey soğutma deneyleri yaptı ve düşük basınç koşulları altında sprey soğutmanın, basıncın azalmasıyla birlikte ısı transfer kapasitesini kademeli olarak azalttığını ve flaş buharlaşmanın ısı transfer kapasitesi üzerinde büyük bir etkiye sahip olduğunu buldu, bu da düzenlerken dikkate alınması gereken nozullar. Sprey soğutma sıvısına nanopartiküller, yüzey aktif maddeler, çözünür tuzlar ve gazlar ve alkol katkı maddeleri eklemek, ısı transfer özelliklerini büyük ölçüde iyileştirebilir. Li Yiyi, yüzey aktif maddelerin ilavesinin sprey soğutmanın ısı transfer performansını etkili bir şekilde iyileştirebileceğini deneylerle doğruladı, özellikle SDS ilavesinin en iyi etkiye sahip olduğunu. Bununla birlikte, mevcut katkı maddesi ekleme yöntemi henüz emekleme aşamasındadır ve mevcut problemler daha karmaşıktır.
Sprey soğutma alanla sınırlıdır ve küçük elektronik cihazlarda kullanılamaz, ancak süper bilgisayarlarda kullanıldığında etkisi çok iyidir. Şu anda, sprey soğutma teknolojisi CREY süper bilgisayarlarına uygulanmaktadır ve ayrıca veri merkezlerinde büyük ölçekte kullanılmaktadır. Bu soğutma yönteminin geliştirilmesi ile uygulamanın daha olgunlaşacağına inanılmaktadır.
Yukarıdaki üç sıvı ısı yayma yönteminin kendi avantajları ve dezavantajları vardır. Sprey soğutma ve jet soğutma benzerdir. Yapıları çok karmaşıktır ve günlük elektronik ekipman için uygun değildir. Bununla birlikte, güçlü ısı yayma yeteneklerine sahiptirler. Sprey soğutma, süper bilgisayarlar için uygundur, Büyük veri ısı dağılımında; jet soğutma, savaş uçakları, uçaklar vb. gibi askeri-endüstriyel öğeler için uygundur. Bu iki ısı dağıtma yöntemi son yıllarda değiştirilemez. Mikro kanallı soğutma, ister günlük elektronik cihazlarda isterse diğer hassas elektronik cihazlarda olsun, gelecekteki gelişimin genel yönüdür, bu yöntem benimsenecektir.
