關鍵電子元器件的面熱流密度不斷提高,傳統(tǒng)冷板已難以滿足散熱需求,微通道熱沉散熱收到普遍關注,而評價熱沉的散熱能力,需要一套與其參數(shù)范圍匹配的實驗系統(tǒng),不僅要求達到大功率負載下的散熱能力,更需要考量此時熱負載表面的均溫效果,對熱沉實驗系統(tǒng)的設計提出新的要求。本文針對一種均溫微通道熱沉結構,設計一套液冷循環(huán)散熱系統(tǒng),并對系統(tǒng)中重點模塊（熱端模塊結構、冷端模塊結構、系統(tǒng)管路等）進行結構設計和實驗參數(shù)制定。在系統(tǒng)熱端模塊設計中,對一種三層雪花構型均溫熱沉結構進行了性能的數(shù)值模擬,研究了其壓降和均溫散熱性能。設計了熱沉支撐體結構,研究了其入口流速、針肋直徑等參數(shù)對均溫熱沉結構并聯(lián)入口邊界流速均勻性的影響。設計了高功率熱負載結構,對內部發(fā)熱源功率、熱面熱流密度均勻性以及不同熱源安裝位置進行了熱特性研究,并利用均溫性能評價方法對其熱面均溫性進行評估。在系統(tǒng)冷端模塊設計中,采用風冷和熱電制冷串聯(lián)方式,組成系統(tǒng)的冷端制冷模塊,該模塊將熱端流出的循環(huán)水制冷到初始常溫,達到循環(huán)利用的目的,其中風冷散熱器實現(xiàn)主要的散熱作用,熱電制冷結構實現(xiàn)小范圍溫控作用,達到所需溫控精度要求。在系統(tǒng)管路設計中,主要進行了循環(huán)... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

英特爾CPU頻率趨勢圖

第一章緒論1第一章緒論1.1課題背景與意義近年來，隨著電子時代的高速發(fā)展，高性能設備（如云服務器、CPU芯片等）和數(shù)字移動產品設備（智能手機、3D游戲手持設備等）為了獲得外觀和性能的優(yōu)勢[1]，盡可能將器件板級尺寸向小型化方向設計，由器件的功率密度引起的熱效應已經成為集成器件進一步微型化障礙[2]，這將會迫使開發(fā)商在設計時預留出設計余量，結果只能得到次最優(yōu)的參數(shù)，直接給生產商造成數(shù)不可估量的的經濟損失。另外，對于大型數(shù)據(jù)中心，每散去一瓦熱量時需要耗費0.35~0.65W不等的制冷電量，這個數(shù)值仍還在持續(xù)增加[3-5]，無論小型設備還是大型計算設備，熱效應問題對設備的可靠性和用戶體驗已經帶來了不可忽視的影響。從環(huán)保角度看，冗余熱也會增加二氧化碳的排放量，這不符合可持續(xù)發(fā)展時代特征。由于熱效應的影響，大部分主流的電子器件生產商在設計物理基礎框架時，按照最強工作工況功耗給出了熱設計功率，設備在此功耗頻率下不允許超過數(shù)微秒，這是非常短的時間。但近幾十年之內熱設計功率飛速增長已經成為一種“熱常態(tài)”，如圖1-1所示，為2010版英特爾CPU頻率趨勢圖，能客觀地反映出熱效應問題帶來的嚴重性，高性能器件的功率密度會分布不均勻，尤其處理器Die局部發(fā)熱區(qū)域，局部處的功率密度已經超過了250W/cm[6]，局部熱點溫度一旦超過溫度閾值（一般范圍在80℃~105℃之間），會激活動態(tài)熱管理引擎（DTM）并觸發(fā)系統(tǒng)降頻，同時在運行期間，通過TDP表示的系統(tǒng)總功耗會動態(tài)調節(jié)不同計算核或芯片的功耗，從而導致系統(tǒng)性能下降[7]。圖1-1英特爾CPU頻率趨勢圖圖1-2Inter16核處理器局部熱點平面

庵?螅?岷隙嗪舜?砥魅認煊Π咐?餑芄恢?觀的反應此類經典問題，圖1-2為Inter16核處理器在同一負載下局部熱點平面圖，處理器中出現(xiàn)數(shù)百個熱點，熱點處于芯片核心計算模塊區(qū)域（例如，整形和浮點數(shù)執(zhí)行單元、鏈表寄存器、數(shù)據(jù)緩存區(qū)域），一般而言，不同類型的載荷造成引起的熱點位置是不一致的，因為會受到內部因素（如性能節(jié)流度、設計和實際功耗、芯片Die排布方式、材料導熱材質、負載程序等）和外在因素（如散熱方式、負載器件功率等）綜合影響，因此隨熱效應的研究是當今時代電子行業(yè)必須深入探討的一項學術問題。圖1-3強迫風冷散熱圖1-4主板熱管相變散熱常見的電子功率器件散熱冷卻方式有空氣冷卻、液體冷卻、熱電制冷、相變冷卻等。在空氣冷卻中強迫空氣冷卻是首要的、最廣泛應用的主動冷卻技術，最常用的是風冷[8]。如圖1-3所示，一般將冷卻風扇直接固定在散熱器的頂部，使冷卻空氣垂直地吹向散熱器，這種冷卻方式通常被稱為沖擊冷卻[9]。液體冷卻具有較長的發(fā)展歷史，IBM引入水冷技術用于冷卻疊板中的熱量。在實際中用來緩解器件上過多的熱損耗，同時會帶來新的開銷，因為液體冷卻系統(tǒng)涉及相關其它部件（如泵、液體管道、溫度傳感器等），并且需要確保冷卻液體的隔離，造成較高的設計成本。熱電冷卻（TEC）是最易于使用的技術之一，且在市場上有較為技術成熟的熱電冷卻器件產品。熱電材料的出現(xiàn)，主要歸因于20世紀50年代中期引入化合碲化物和合金技術[10,11]，然而熱電制冷器件由于金屬的配對不良，會導致制冷效率很低，近年來，分立式TEC元件由于高制冷效率的特點已經在實際中得到廣泛的應用[12-14]。有文獻中報道了薄膜TEC裝置的顯著進步，已經提出了5um厚度的Bi2Te3超晶格裝置，估計能夠達到500W/cm2的冷卻能力[15]。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]表面粗糙度的分形特征及其對微通道內層流流動的影響[J]. 張程賓,陳永平,施明恒,付盼盼,吳嘉峰.  物理學報. 2009(10)
[2]Y形構形微通道流動換熱特性的數(shù)值分析[J]. 徐國強,王夢,吳宏,陶智.  北京航空航天大學學報. 2009(03)
[3]電子元器件散熱方法研究[J]. 李慶友,王文,周根明.  電子器件. 2005(04)



本文編號：2957097