高热通量芯片干冰冷却降温性能的理论分析

针对高热通量芯片的冷却散热问题,利用具有巨大升华潜热以及极低初始温度的干冰作为散热流体,通过建立干冰冷却的散热器模型,对散热器散热空间内干冰冷却降温过程的热流场进行模拟仿真,对干冰冷却的芯片降温特性进行分析,得出:干冰入口半径为6 mm,散热器针柱直径为2 mm、11×11均匀分布的散热效果最好。随着干冰流速逐渐增大,芯片温度达到稳定时间越快,流速为0.20 m/s时稳定温度为15.49℃,远低于芯片结温,0.06 m/s的流速即可达到芯片安全温度。干冰流速为0.20 m/s,在10 s时散热空间内已充满干冰,降温效果更好。功率为125 W时,干冰冷却也可将芯片中心测点(A点)温度稳定控制在49.47℃之下。此外,对比分析了P0=65 W下的水冷式冷却降温与P0=95 W下的干冰冷却降温性能,得出水冷式冷却稳定后的温度停留在74.2℃,干冰冷却稳定后的温度为15.49℃,干冰冷却降温的芯片整体温度分布更均匀,冷却效果更好。研究结果为进一步深入研究高热通量芯片干冰冷却降温系统打下基础。