流化冰在高熱流密度芯片冷卻中的應用研究.pdf

1、研究表明，芯片級的熱流密度已經高達100W/cm2，目前常規(guī)的芯片冷卻方式已不能滿足日益增長的高熱流密度芯片的冷卻要求，所以尋找高效低成本的冷卻介質，并采用高效能的冷卻輸運方法已成為研究的熱點。
　　 本文將流化冰這種新型相變冷卻介質應用于電子芯片的冷卻中，主要進行了兩部分內容的研究：(1)通過自行設計的冷卻散熱裝置，進行了不同流量流化冰對芯片冷卻效果影響的實驗研究。(2)利用FLUENT軟件模擬分析了導流板長度分別為55mm、

2、60mm、70mm、80mm、85mm、90mm和93mm，流化冰溶液的質量流量分別為0.4kg/s、0.3kg/s和0.2kg/s時的冷卻效果，考察了不同流化冰流量和流道尺寸對芯片冷卻性能的影響，并分析了流道中流體的溫度、速度和壓力分布。在給定條件下，實驗結果與模擬結果的規(guī)律一致，芯片表面穩(wěn)定溫度的實驗值與模擬值的誤差集中在2％～5％之間。
　　 研究結果表明：(1)隨著流化冰溶液流量的增大，冷卻速率加快，芯片表面溫度降低，相

3、同條件下流化冰溶液的降溫速率為0.7℃/s，明顯高于其他冷卻方式。(2)當流量一定時，芯片表面溫度隨導流板長度的增加而降低。導流板長度L在55mm、60mm和70mm區(qū)間內變化時降溫效果較為平緩，達到80mm以上時產生劇烈降溫效果。當L=90ram時，芯片表面溫度穩(wěn)定于29℃，且各測點間的最大溫差由導流板長度為55mm時的13℃減小至1.1℃，繼續(xù)增加L至93mm時，芯片表面溫度降低，但是溫度分布分層嚴重。因此，綜合考慮降溫效果與芯片表

4、面溫度分布的均勻性，導流板的長度應處于流道長度的83％-93％之間。(3)增大流化冰溶液的流量與導流板的長度對芯片冷卻都有強化作用，但是流道內的壓降也隨之顯著增大，相比于流道內的能量損失，芯片溫度的降低代價過大，本文給出了流化冰流量、導流板長度及芯片表面溫度相對最優(yōu)值的選取方法。
　　 總之，在實際應用中，應在保證系統(tǒng)對芯片進行有效降溫且冰晶可以完全融化的前提下，合理設計影響系統(tǒng)性能的條件，使流化冰潛熱巨大的優(yōu)勢得以最大程度的利