在浸沒式液冷場景中，TIM導(dǎo)熱界面材料是選PCM相變化材料還是液態(tài)金屬材料
隨著數(shù)據(jù)中心、人工智能等行業(yè)飛速發(fā)展，芯片算力持續(xù)演進(jìn)，高密高功耗成為新常態(tài)。傳統(tǒng)風(fēng)冷散熱模式已經(jīng)達(dá)到極限，浸沒式液冷這種高效低能耗的散熱方式，受到越來越多的關(guān)注。浸沒式液冷主要分為單相式和兩相式，單相式中熱量隨著浸沒液循環(huán)被交換出去；兩相式中熱量由浸沒液相變蒸發(fā)散發(fā)出去，浸沒液冷凝后循環(huán)使用。
簡單理解，浸沒式液冷就是將發(fā)熱的器件浸泡在浸沒液中，熱量看似可以直接從熱源傳遞給浸沒液，但實(shí)際卻并不樂觀，存在以下兩點(diǎn)問題：1、浸沒液都是有機(jī)物，自身導(dǎo)熱率只有0.2~0.3W/mK，比熱容也較小，運(yùn)行中溫度會保持在40攝氏度左右。2、熱源面積較小，熱流密度較大，熱量釋放比較集中。因此，在較大功率密度的芯片上，僅靠浸沒液的循環(huán)難以獲得理想散熱效果，芯片的溫度難以快速釋放。以均熱板和熱沉將熱量先從芯片端散發(fā)出去，是當(dāng)前浸沒式液冷中熱設(shè)計普遍采用的方式，因此也就仍然需要熱界面材料。
浸沒式液冷場景對熱界面材料有哪些要求
無論是單相式還是兩相式浸沒式液冷，場景中都會有加熱、機(jī)械力和有機(jī)溶劑溶解等作用，對散熱系統(tǒng)存在潛在的破壞風(fēng)險。因此熱界面材料至少要具備如下特點(diǎn)：高導(dǎo)熱系數(shù)、低熱阻、高熱穩(wěn)定性、抗機(jī)械沖刷、抗有機(jī)溶解侵蝕溶解。
導(dǎo)熱粉體填充的聚合物基熱界面材料仍然是市場上的主流，主要成分一般包括導(dǎo)熱粉體、線性液態(tài)聚合物及小分子修飾劑。如果按照線性聚合物的交聯(lián)程度由低到高的差異，可將其分為導(dǎo)熱脂（不交聯(lián)）、導(dǎo)熱凝膠（低交聯(lián)）、PCM相變化材料（低交聯(lián)）和墊片（高交聯(lián)）。結(jié)合浸沒式液冷的要求我們不難發(fā)現(xiàn)，不交聯(lián)的導(dǎo)熱脂和低交聯(lián)的導(dǎo)熱凝膠及PCM相變化，抗機(jī)械沖刷和抗有機(jī)侵蝕的能力較差，而墊片的熱阻一般較高、厚度較大。
近些年，液態(tài)金屬類導(dǎo)熱界面材料逐步引起人們的重視，它不含任何有機(jī)成分，具有導(dǎo)熱率高、熔點(diǎn)低、零揮發(fā)、熱阻低的特性，已經(jīng)在多個高功率商品中被用作熱界面材料。尤其，泰吉諾最近研發(fā)了多款液態(tài)金屬片，熱性能和機(jī)械性能優(yōu)異。我們通過對比實(shí)驗(yàn)，為浸沒式液冷的熱界面材料的選型提供參考。
材料在冷卻液中的可靠性對比實(shí)驗(yàn)
我們詳細(xì)對比了硅脂、PCM相變化材料和液態(tài)金屬片，相同實(shí)驗(yàn)條件下在合成油和氟化液中的外觀變化。在合成油和氟化液環(huán)境中，將三種材料夾在兩塊玻璃板中間，疊加機(jī)械攪拌和加熱兩種加速老化條件，模擬真實(shí)場景中導(dǎo)熱界面材料的形態(tài)變化。
材料在合成油中的可靠性對比
材料在氟化液中的可靠性對比
在合成油中，48小時后，硅脂內(nèi)部出現(xiàn)大量的空洞。PCM相變化材料也有明顯的溶解。在氟化液中，空洞現(xiàn)象明顯抑制，但仍能發(fā)現(xiàn)有空洞的出現(xiàn)。這兩種現(xiàn)象的差異主要由浸沒液的理化性質(zhì)差異造成，氟化液的極性更低、對有機(jī)物的溶解和溶脹作用更弱，但仍不能完全避免有機(jī)侵蝕作用的發(fā)生。 而液態(tài)金屬片在合成油和氟化液中經(jīng)過更長時間的觀察，沒有任何變化。 以上對比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了液態(tài)金屬片的抗機(jī)械沖刷、抗有機(jī)侵蝕能力，為浸沒式液冷場景中，熱界面材料的選型提供了有利的參考。泰吉諾研發(fā)生產(chǎn)液態(tài)金屬片，具有優(yōu)異的機(jī)械性能和熱性能。
泰吉諾液態(tài)金屬材料Fill-LM SP8000
泰吉諾液態(tài)金屬材料Fill-LM SP8000是一款高可靠銦基合金導(dǎo)熱片，該產(chǎn)品專為高熱流密度功率器件設(shè)計，物化性能穩(wěn)定，能夠長期在高溫環(huán)境中正常工作。固體片材操作簡單易于施工，可直接作為墊片使用以滿足不同的應(yīng)用環(huán)境。針對固態(tài)金屬片延展性差、與上下界面硬接觸無法充分填充微小間隙的問題，F(xiàn)ill-LM SP8000基于獨(dú)特的配方、工藝，借助表面花紋使壓縮率大于40%，可充分填充界面之間的毛細(xì)微孔，大大降低了接觸熱阻。
產(chǎn)品特點(diǎn)
極高導(dǎo)熱系數(shù)、極低熱阻
高觸變性，壓縮率>40%
高可靠性，無腐蝕、溢出等問題
安全環(huán)保，不易揮發(fā)
耐高溫，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有熱界面材料
兼容所有冷卻液
典型應(yīng)用
服務(wù)器、液冷數(shù)據(jù)中心散熱
CPU、GPU處理器等芯片組
測試分揀
光模塊
航天、軍工雷達(dá)TR組件等
LED、激光器等光學(xué)器件
近年來浸沒式液冷逐漸步入應(yīng)用階段，快速擁抱這一新技術(shù)的過程中，仍面臨不少阻礙和挑戰(zhàn)。泰吉諾持續(xù)關(guān)注行業(yè)“熱點(diǎn)”和“痛點(diǎn)”，立足應(yīng)用需求提供創(chuàng)新解決方案。液態(tài)金屬材料Fill-LM SP8000以其高可靠、低接觸熱阻、兼容所有冷卻液等關(guān)鍵性能為浸沒式液冷場景帶來了高性能導(dǎo)熱解決方案，已逐漸在液冷場景量產(chǎn)應(yīng)用。未來，泰吉諾也將繼續(xù)投身液態(tài)金屬產(chǎn)品研發(fā)，以更為豐富的高質(zhì)量產(chǎn)品矩陣滿足增長的散熱需求。
