半導(dǎo)體行業(yè)用面板水冷機的流體傳熱特性及系統(tǒng)優(yōu)化研究??

2025年6月11日新聞中心行業(yè)新聞 690

　　面板水冷機的核心功能是通過流體介質(zhì)的循環(huán)流動實現(xiàn)熱量傳遞，其傳熱特性直接決定控溫精度與系統(tǒng)穩(wěn)定性，循環(huán)系統(tǒng)采用磁力驅(qū)動泵，避免傳統(tǒng)機械密封的泄漏風(fēng)險，同時通過變頻技術(shù)調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速，確保不同工況下的傳熱需求。

　　一、影響面板水冷機流體傳熱的關(guān)鍵因素分析

　　1、流體物性參數(shù)

　　載冷劑的比熱容與導(dǎo)熱系數(shù)直接影響傳熱量。以水為例，適合高溫段傳熱；而硅油在-40℃時粘度增加，需通過加熱維持流動性。設(shè)備設(shè)計中需根據(jù)目標(biāo)溫度范圍選擇介質(zhì)，采用氟化液作為載冷劑，可在低溫環(huán)境下保持低粘度，確保流體循環(huán)效率。

　　2、系統(tǒng)壓力與流量

　　循環(huán)系統(tǒng)壓力影響流體流動阻力與換熱速率。設(shè)備的循環(huán)泵的壓力，通過變頻器調(diào)節(jié)流量，使流體在微通道內(nèi)的流速維持恒定值，避免層流導(dǎo)致的傳熱效率下降。

　　3、換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　板式換熱器的板片間距與波紋角度影響流體分布與湍流強度。此外，微通道換熱器的通道尺寸小，進(jìn)一步增加表面積，適用于緊湊型設(shè)備布局。

　　4、溫度控制策略

　　面板水冷機采用多模式控制算法優(yōu)化傳熱過程。在升溫和降溫階段，前饋PID算法提前補償系統(tǒng)滯后；恒溫階段通過模糊PID算法動態(tài)調(diào)整輸出，將溫度波動控制在范圍內(nèi)。部分型號如快速溫變控溫卡盤，還可通過PLC預(yù)設(shè)多段溫度曲線，實現(xiàn)程序化溫度切換。

　　二、面板水冷機優(yōu)化路徑與實踐

　　1、流體循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)化

　　全密閉設(shè)計是系統(tǒng)優(yōu)化的核心方向之一。設(shè)備通過膨脹罐自動補償流體體積變化，避免傳統(tǒng)系統(tǒng)因吸潮或揮發(fā)導(dǎo)致的介質(zhì)性能衰減。管路材質(zhì)選擇需要注意傳熱與防腐。設(shè)備內(nèi)部管路采用不銹鋼、銅及密封材料，可延長系統(tǒng)使用周期。此外，管路布局采用短流程設(shè)計，減少彎頭數(shù)量，降低沿程壓力損失。

　　2、傳熱組件升級

　　壓縮機與膨脹閥的匹配優(yōu)化是提升制冷效率的關(guān)鍵。同時，雙變頻技術(shù)根據(jù)負(fù)載動態(tài)調(diào)節(jié)功率。換熱器的清洗與維護(hù)策略影響長期傳熱性能。設(shè)備出廠前均經(jīng)過氦檢測與24小時連續(xù)運行拷機，確保無泄漏與性能衰減。運行過程中，通過監(jiān)測進(jìn)出口溫差判斷換熱器結(jié)垢情況，當(dāng)溫差下降時，自動觸發(fā)清洗程序，采用去離子水或?qū)Ｓ们逑磩┭h(huán)沖洗，恢復(fù)換熱效率。

面板水冷機的流體傳熱特性通過介質(zhì)選型、系統(tǒng)設(shè)計與控制算法的協(xié)同優(yōu)化得以提升，全密閉循環(huán)、換熱器及智能化控制是當(dāng)前技術(shù)的核心優(yōu)勢。隨著半導(dǎo)體工藝對控溫精度與響應(yīng)速度的要求將提升，需進(jìn)一步研究，以適應(yīng)下一代半導(dǎo)體制造與測試的嚴(yán)苛需求。