电子设备的液体冷却（四）
二、间接液体冷却间接液体冷却系统的设计，主要应保证热源与热沉之间有良好的导热通路，尽可能减少接触热阻。间接液体冷却与直接液体冷却相比有如下特点：
① 冷却剂不与电子元器件相接触，减少对电子设备的污染；
② 可使用传热性能良好的冷却剂，并在热负载和环境条件发生变化时，能进行温度调节；
③ 维修方便、简单。1．导热模块具有高组装密度的多芯片模块（MCM）的热量，用一般的冷却技术（如风冷）已无法满足要求，特别是对那些大型计算机的高性能微处理器更是如此。图2是IBM3081计算机中微处理器的导热模块结构示意图，导热模块包含多层陶瓷基板、118个芯片、导热活塞、加载弹簧、模块罩、氦气和水冷冷板等，冷却液（水）与发热芯片不直接接触。采用这种导热模块后，芯片的热流密度可达20W／cm2。
图2
实验证明，功耗为4W的芯片，当冷板水的入口温度为24℃时，芯片的表面温度有59℃。传热路径上各个热阻的典型值分别叙述如下：
① 芯片内热阻Rc。芯片表面的热流量是均匀的，其背面与活塞是点接触，热量大多只能通过接触点周围（即芯片中心区域）传至活塞，这就相当于有一个收缩热阻。按有效散热半径r与芯片本身总有效半径rc的比值来确定其Rc值。本例Rc＝0．43℃／W。
② 芯片到活塞的热阻Rc－p。它由接触点的导热热阻、辐射热阻和对流热阻组成。要求此热阻尽量小，本例Rc－p＝2．9℃／W。
③ 活塞本身的热阻 Rt。由芯片传来的热量大部分集中在活塞的端部，然后再扩散到其他部位，这就形成一个扩散热阻（或称为收缩热阻），其值可以用圆锥体断面导热公式计算，得Rt＝1．02℃／W。
④ 从活塞到模块罩的热阻Rp－h。可利用两块延伸平面或类似散热器的换热进行计算，其值约为2．15℃／W。
⑤ 模块罩本身的热阻Rh。由罩壁热阻R1和罩盖热阻R2串联组成，如图3所示。L1是罩壁导热路径长度，L2是罩盖厚度，罩壁内径为dh，罩的外侧宽（正方形）为dc，kc和kh分别为罩壁、罩盖导热系数，则Rh为
⑥ 模块的总热阻Rin t。即上述各热阻之和，本例为8．08℃／W。
图3
假设冷板水的温度为24℃，即可求出允许的最大芯片功耗值，即
式中 Δtj－c——结至外壳的温升；tj——节点温度；tf——水温度；Pm——模块的总功耗；Re st——外热阻（从罩盖至水冷冷板的热阻，本例约为0．02～0．04℃／W）；Pc——芯片功耗；Ri nt——模块内热阻。
