CPU液冷器件及液冷材料的进展.doc

液体具有良好的流动性和导热性，因此液体散热技术的应用非常广泛。目前对于液体冷却主要是研究其流道结构和冷却液成分[4]，冷却液主要包括水、纳米流体、液体金属。液态金属的导热系数最高，其次是纳米流体，最后是水。谢开旺[5]提出在液体金属中加入纳米粉体，可以形成导热系数更高的纳米金属流体。宋思洪等[6]通过研究表明，不同功率下芯片温度随导热系数的升高而降低，但导热系统越高，芯片温度降低的幅度越小，可见单纯提高导热系数并不能大幅提高冷却液的散热性能。因此，还需从冷却液的其他热物性方面入手（如提高比热）来增强工质的散热性能，以期获得一种具有高导热系数以及较大等比热的潜热型低熔点也太金属功能流体。 CPU芯片过热所导致的“电子迁移”[7]是造成CPU内部芯片损坏的主要原因。 液体冷却式一种非常有效的散热手段，被广泛应用在工业上，如强激光、高功率微波技术的散热系统、汽车发动机的热交换和风力发电的液冷散热循环系统等。液体具有非常高的比热容，可以在风力发热部位吸收大量的热，而且由于良好的流动性，液体可以流动到其他低温部位再将热量排出，这样连续不断地吸收和散热，保证器件一直西湖雨较低温度，从而达到保护的目的。 常用的液体冷却方式有三种：打起架的液体冷却循环技术，热管技术和雾化喷射冷却技术。 目前牙就较多的冷却液是水、液态金属盒纳米流体。纳米流体多用于汽车发动机的冷却，其优异的传热性能备受关注。 液体冷却循环系统 液体散热器液冷循环冷却系统如图，由一根出水管、一根进水管和与芯片接触的蓄水槽组成。蓄水槽决定散热的优劣。另外液体的循环需要外加动力源，于是在系统中还必须有一个水泵给液体事假压力，使其流动起来。 常用液冷循环系统示意图 为了解决外接动力源，达到节能的目的，可以使用电渗流微泵作恶日立体装置，微通道冷却系统就是一种具有非常理想的散热效率的装置，系统的最大散热功率超过200W，完全能够满足芯片散热要求[11]。 电渗泵原理图 杨涛[12]对多孔介质电渗泵性能进行了研究，分析了电渗泵的流率和压力，研究证明电渗泵符合液体冷却系统的要??。 雾化喷射冷去系统 雾化喷射冷去是通过雾化喷管借助高压气体或依赖液体本身的压力（压力喷射）使液体雾化，将其强制喷射到发热物体表面，从而实现对物体的有效冷去技术。 雾化喷射冷去是一种非常有前景的高热流强制冷去技术，其换热强烈，具有很高的临界热流密度值，而冷去均匀，适用于一些温度要求很严格的领域（如在微电子、激光技术、国防、航天技术等），这显出其独特的优势和重要性[14]。 液体喷射冷却是一种利用液体吸收热量并依靠液体良好的流动性带走热量的高传热率的散热手段，当液流喷射速度达到47m/s时，其散热能力高达1700W/cm2。 刘天军[16]设计了一种基于叠堆式压电陶瓷驱动流体对芯片底层进行喷射冷却的冷却器，叠堆式压电陶瓷微位移器与压电薄膜相比，其有位移分辨率高、频响高、承载力大的优点。这种方法对电子元器件的冷去效果非常理想，可以使器件表面的温度降低到所要求的温度，而且冷去的速度非常快，能够满足电子元器件持续增加的发热功率对散热的要求。 雾化喷射简化示意图 热管冷却系统... 对计算机而言，比较三种散热技术中，普通的水冷散热循环，原理简单、技术要求低，容易规模化深层，但散热效果相对差，虽能满足较高要求的计算机散热，但难以适应未来计算机芯片的高速发展。热管技术的工艺要求相比液体喷射系统低许多，而技术成熟度明显高于后者，散热效果也明显优于普通液冷循环系统，因袭热管技术应该是未来计算机冷去散热系统的首选。倘若液体喷射系统的技术更加成熟，工艺要求更加简单，则很有可能取代热管系统。 冷却液材料 水 目前关于液冷散热的研究，大多采用水作为冷却液。 水作为最常用的液体供职，具有非常高的比热容和优异的流动性看，且非常廉价，因此具有很强的实用性。常用液冷水的性能，提高其比热容、导热系数，降低挥发性，从而改善冷却效果[19]，使水冷散热器的散热效果更佳显著，提高其开发和应用价值。 液态金属 利用金属液体作为散热工质最早应用在核反应堆的热传导。2002年，刘静[1]提出其在CPU芯片散热方面的应用，随后一起多方关注，国内外普遍围绕液态金属作为冷却液展开研究。也太金属目前的工作主要包括降低也太金属的熔点，研究也太金属的年度、导热系数、比热容等热物性和驱动方式及寻找新的也太金属成分以降低成本等方面。 2005年，第一家液态金属散热公司Danamics成立，2008年，第一代液态金属散热器LM-10问世。 第一代液态金属散热器 液态金属的优势非常突出，同时缺点也很明显，即价格昂贵。Ga、In非常昂贵，用Ga、In做成的散热器LM-10的价格是目前最好的风冷散热器的3倍以上，但散热效果却没有明显改善，不具备市场竞争力。 为进一步提高也太金属的导热性能，