Design einer flüssigkeitsgekühlten Verbund-Mikrokanalplatte mit Dampfkammer
Mit der rasanten Entwicklung der Kommunikationstechnik nimmt auch die Wärmeleistung elektronischer Geräte stetig zu. Der Stromverbrauch jeder weiteren Produktgeneration steigt um etwa 30 bis 50 %. Der kontinuierliche Anstieg der Chip-Wärmeflussdichte schränkt die Chip-Wärmeableitung und -Zuverlässigkeit direkt ein. Gleichzeitig ist der Computerraum aufgrund des hohen Stromverbrauchs und der unzureichenden Kapazität des vorhandenen Computerraums einem erheblichen Druck auf die Stromversorgung und Wärmeableitung ausgesetzt. Die herkömmliche Luftkühlung ist aufgrund des hohen Wärmeableitungsgeräuschs, des hohen Energieverbrauchs und der großen Stellfläche nur schwer aufrechtzuerhalten.
In diesem Zusammenhang sind flüssigkeitsgekühlte Rechenzentren mit flüssigkeitsgekühlten Servern und anderen Geräten entstanden, die neue Lösungen für die Kühlung und Wärmeableitung von Rechenzentren bieten. In der sich schnell entwickelnden indirekten Flüssigkeitskühlungstechnologie ist die Flüssigkeitskühlplatte die Kernkomponente eines einphasigen oder zweiphasigen Flüssigkeitskühlsystems. Die elektronischen Komponenten sind an der Oberfläche der Flüssigkeitskühlplatte befestigt und die Wärme der elektronischen Komponenten wird durch Wärmeleitung auf die Flüssigkeitskühlplatte übertragen. Die Flüssigkeitskühlplatte und das Arbeitsmedium unterliegen einer starken und effektiven konvektiven Wärmeübertragung.
Die thermische Leistung eines Chips hängt von der Lebensdauer des Geräts ab. Forschungsergebnissen zufolge hängt die Ausfallrate elektronischer Komponenten im Kommunikationsbereich exponentiell von der Temperatur ab, wobei sich die Ausfallrate bei jedem Temperaturanstieg um 10 Grad Celsius verdoppelt. Im Vergleich zur herkömmlichen Zwangsluftkühlung hat die Flüssigkeitskühlungstechnologie einen besseren Wärmeableitungseffekt und einen kürzeren Wärmeableitungsweg. Als neue und effiziente Wärmeableitungsmethode kann sie die Probleme der Bediener bei der Verwendung von Geräten mit hohem Stromverbrauch und hohem Wärmefluss in Computerräumen effektiver lösen. Darüber hinaus werden mit dem Anstieg des Stromverbrauchs und der Wärmestromdichte der Geräte die Vorteile der Flüssigkeitskühlungstechnologie wie eine starke Wärmeableitungsfähigkeit, reduzierte Raumgeräusche und die Einsparung grüner Energie stärker in den Vordergrund treten.
Eine neue Art von Dampfkammer-Mikrokanal-Flüssigkeitskühlplatte aus Verbundwerkstoff. Im Vergleich zu herkömmlichen Kühlplatinen verfügt es über eine effizientere Wärmeableitungsfähigkeit und eignet sich besser zur Lösung von Problemen bei der Wärmeableitung mit hohem Stromverbrauch und hohem Wärmefluss. Die Flüssigkeitskühlplatte kann entsprechend der Form des Strömungskanals in eine Kühlplatte mit gefrästen Rillen und eine Mikrokanal-Kühlplatte unterteilt werden. Die Kühlplatte mit gefrästen Rillen wird durch maschinelle Bearbeitung geformt und aufgrund von Verarbeitungsbeschränkungen beträgt ihre Wärmeableitungskapazität etwa 65 W/cm2. Unter Mikrokanal-Kühlplatte versteht man üblicherweise eine Kühlplatte mit einer Kanalgröße von 10-1000 µm, die hauptsächlich durch einen Lamellenschabprozess verarbeitet und geformt wird und eine Wärmeableitungskapazität von etwa 80 W/cm2 aufweist.
Im Bereich der Kommunikation nimmt mit der Entwicklung der Digitalisierung die Rechenleistung weiter zu und die Wärmeflussdichte von Chips steigt weiter an. Es wird erwartet, dass die Chip-Leistungsdichte innerhalb von 3 Jahren 100 W/cm2 überschreiten wird. Bei Chips mit hohem Stromverbrauch und hohem Wärmefluss sind herkömmliche Mikrokanal-Kühlplatinen nicht mehr in der Lage, den Wärmeableitungsbedarf zu decken. Um den Engpass bei der Wärmeableitung zu überwinden, werden VC- und flüssigkeitsgekühlte Mikrokanalplatten kombiniert, um die schnelle Wärmediffusionsfähigkeit von VC und die Wärmeübertragungsfähigkeit von flüssigkeitsgekühlten Mikrokanalplatten umfassend zu nutzen und so das Wärmeableitungsproblem von Chips mit hohem Wärmefluss zu lösen.
Das Funktionsprinzip einer zusammengesetzten Mikrokanal-Flüssigkeitskühlplatte mit einer Platte mit gleichmäßiger Temperatur: Der Chip überträgt Wärme an das Grenzflächenmaterial und weiter an die Verdampfungsoberfläche von VC und nutzt dabei die gleichmäßigen Temperatureigenschaften von VC, um eine schnelle Diffusion oder Migration von Wärme zu erreichen. Dann führt die konvektive Wärmeübertragung zwischen dem Arbeitsmedium und der Kühlplatte kontinuierlich die vom Chip erzeugte Wärme ab und sorgt so für eine Kühlung des Chips mit hohem Wärmefluss.
