Progettazione di piastre composite raffreddate a liquido a microcanali con camera di vapore

Con il rapido sviluppo della tecnologia della comunicazione, anche la potenza termica dei dispositivi elettronici è in costante aumento. Il consumo energetico di ogni generazione di prodotti in evoluzione aumenta dal 30% al 50% circa. Il continuo aumento della densità del flusso di calore del chip limita direttamente la dissipazione del calore e l'affidabilità del chip. Allo stesso tempo, a causa dell'elevato consumo energetico e della capacità insufficiente della sala computer esistente, la sala computer deve affrontare una pressione significativa sull'alimentazione elettrica e sulla dissipazione del calore. Il raffreddamento ad aria tradizionale è difficile da sostenere a causa dell’elevato rumore di dissipazione del calore, dell’elevato consumo energetico e dell’ingombro elevato.

 
In questo contesto sono emersi data center raffreddati a liquido con server e altre apparecchiature raffreddati a liquido, che forniscono nuove soluzioni per il raffreddamento e la dissipazione del calore dei data center. Nella tecnologia di raffreddamento a liquido indiretto in rapido sviluppo, la piastra di raffreddamento a liquido è il componente principale di un sistema di raffreddamento a liquido monofase o bifase. I componenti elettronici sono fissati alla superficie della piastra di raffreddamento a liquido e il calore dei componenti elettronici viene trasferito alla piastra di raffreddamento a liquido attraverso la conduzione termica. La piastra di raffreddamento a liquido e il fluido di lavoro subiscono un forte ed efficace trasferimento di calore convettivo.

Le prestazioni termiche di un chip sono legate alla durata del dispositivo. Secondo i risultati della ricerca, il tasso di guasto dei componenti elettronici nel campo delle comunicazioni è esponenzialmente correlato alla temperatura, con un tasso di guasto che raddoppia per ogni aumento di 10 gradi C della temperatura. Rispetto al tradizionale raffreddamento ad aria forzata, la tecnologia di raffreddamento a liquido ha un migliore effetto di dissipazione del calore e un percorso di dissipazione del calore più breve. Essendo un metodo emergente ed efficiente di dissipazione del calore, può risolvere in modo più efficace i punti critici degli operatori relativi all'applicazione di apparecchiature ad alto consumo energetico e ad alto flusso di calore nelle sale computer. Inoltre, con l’aumento del consumo energetico delle apparecchiature e della densità del flusso di calore, i vantaggi della tecnologia di raffreddamento a liquido, come la forte capacità di dissipazione del calore, la riduzione del rumore ambientale e il risparmio di energia verde, diventeranno più evidenti.

Un nuovo tipo di piastra di raffreddamento a liquido a microcanali compositi con camera di vapore. Rispetto alle tradizionali schede fredde, ha una capacità di dissipazione del calore più efficiente ed è più adatta a risolvere problemi di consumo energetico elevato e dissipazione del calore con flusso di calore elevato. La piastra di raffreddamento a liquido può essere divisa in piastra di raffreddamento con scanalatura fresata e piastra di raffreddamento a microcanali in base alla forma del canale di flusso. La piastra fredda con scanalatura fresata è formata mediante lavorazione meccanica e, a causa dei limiti di lavorazione, la sua capacità di dissipazione del calore è di circa 65 W/cm2. La piastra fredda a microcanali si riferisce solitamente a una piastra fredda con una dimensione del canale di 10-1000 µ m, che viene principalmente lavorata e formata attraverso un processo di raschiatura delle alette e ha una capacità di dissipazione del calore di circa 80 W/cm2.

Nel campo della comunicazione, con lo sviluppo della digitalizzazione, la potenza di calcolo continua a crescere e la densità del flusso di calore dei chip continua ad aumentare. Si prevede che la densità di potenza del chip supererà i 100 W/cm2 entro 3 anni. A causa dell'elevato consumo energetico e dei chip ad alto flusso di calore, le schede fredde a microcanali convenzionali non sono più in grado di soddisfare le esigenze di dissipazione del calore. Per superare il collo di bottiglia della dissipazione del calore, VC e piastre raffreddate a liquido a microcanali sono combinati per utilizzare in modo completo la capacità di rapida diffusione del calore di VC e la capacità di trasferimento del calore delle piastre raffreddate a liquido a microcanali, risolvendo il problema di dissipazione del calore dei chip ad alto flusso di calore.

Il principio di funzionamento di una piastra composita di raffreddamento a liquido a microcanali con una piastra a temperatura uniforme: il chip trasferisce il calore al materiale dell'interfaccia e successivamente alla superficie di evaporazione del VC, utilizzando le caratteristiche di temperatura uniforme del VC per ottenere una rapida diffusione o migrazione del calore. Quindi, il trasferimento di calore convettivo tra il fluido di lavoro e la piastra fredda elimina continuamente il calore generato dal chip, ottenendo il raffreddamento del chip ad alto flusso di calore.