ODCC-2024浸沒(méi)式冷卻液關(guān)鍵電性參數(shù)標(biāo)定方法研究

浸沒(méi)式冷卻液關(guān)鍵電性參數(shù)標(biāo)定方法研究開(kāi)放數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)委員會(huì)CCH2025-05001版權(quán)聲明改編、匯編和翻譯出版等侵權(quán)行為，ODCCCCH2025-05001編寫(xiě)組CCH2025-05001金逸中浙江永太氟樂(lè)科技有限公司陳柯江李曉冬南通詹鼎材料科技有限公司周冠良南通詹鼎材料科技有限公司王慧岑殼牌（中國(guó)）有限公司孫承志是德科技（中國(guó)）有限公司景憲實(shí)是孫春甲阿里云計(jì)算有限公司鐘楊帆阿里云計(jì)算有限公司呂和棟張興星四川華鯤振宇智能科技有限責(zé)任公司馬健安新華三技術(shù)有限公司浸沒(méi)式冷卻液關(guān)鍵電性參數(shù)標(biāo)定方法研究CCH2025-05ooi版權(quán)聲明 2編寫(xiě)組 3前言 1第一章液體電性參數(shù)標(biāo)定方法綜述 2第1.1節(jié)浸沒(méi)式液冷應(yīng)用概述 2第1.2節(jié)現(xiàn)有測(cè)試方法介紹 4第1.3節(jié)微帶線(xiàn)標(biāo)定法介紹 61.3.1標(biāo)定原理 71.3.2標(biāo)定步驟 7第二章標(biāo)定測(cè)試工具板開(kāi)發(fā)及標(biāo)定測(cè)試介紹 9第2.1節(jié)測(cè)試工具板主要技術(shù)指標(biāo)分解 9第2.2節(jié)工具板CCL選擇 10第2.3節(jié)單點(diǎn)阻抗優(yōu)化 第2.4節(jié)工具板PCB加工難點(diǎn) 第2.5節(jié)測(cè)試系統(tǒng)說(shuō)明 2.5.1工具板物理結(jié)構(gòu)測(cè)試系統(tǒng)說(shuō)明 162.5.2工具板電性特征測(cè)試系統(tǒng)說(shuō)明 24第2.6節(jié)標(biāo)定測(cè)試關(guān)鍵過(guò)程說(shuō)明 252.6.1測(cè)試coupon選擇 2.6.2測(cè)試環(huán)境架設(shè) 2.6.3擬合仿真設(shè)置 302.6.4與N1501A方法測(cè)試結(jié)果比較 37第三章液體參數(shù)標(biāo)定 38第3.1節(jié)液體A（EC160）電性參數(shù)標(biāo)定 38第3.2節(jié)液體B（SHW300X）電性參數(shù)標(biāo)定 38第3.3節(jié)液體C（DOWSILTMICL-1100）電性參數(shù)標(biāo)定 39第3.4節(jié)液體D（HXL-9104）電性參數(shù)標(biāo)定 40第3.5節(jié)液體E（HXL-9098）電性參數(shù)標(biāo)定 40第3.6節(jié)液體F（HXL-9119）電性參數(shù)標(biāo)定 40第3.7節(jié)液體G（LC-50）電性參數(shù)標(biāo)定 41第3.8節(jié)液體H（LC-100）電性參數(shù)標(biāo)定 42第3.9節(jié)液體I（AD40）電性參數(shù)標(biāo)定 43第3.10節(jié)液體J（S3X）電性參數(shù)標(biāo)定 44第3.11節(jié)液體K（S5LV）電性參數(shù)標(biāo)定 44參考文檔 46 47A所用仿真及測(cè)試工具、設(shè)備參考廠(chǎng)商及型號(hào)列表 47B所有已完成標(biāo)定的液體廠(chǎng)商、型號(hào)及標(biāo)定結(jié)果匯總列表 48CCH2025-05001前言擬合關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定和與目前主流方法的結(jié)果對(duì)1浸沒(méi)式冷卻液關(guān)鍵電性參數(shù)標(biāo)定方法研究CCH2025-05ooi第一章液體電性參數(shù)標(biāo)定方法綜述浸沒(méi)式液冷是將IT設(shè)備浸入比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)高的絕緣液體中用自然或強(qiáng)制對(duì)流將IT系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的熱量從熱部件傳遞到較高，而兩相液體的沸點(diǎn)較低，適合用于IT設(shè)備冷卻。通常用于兩2CCH2025-05001冷卻液都會(huì)直接接觸到IT設(shè)備，因而會(huì)改圖1-1浸沒(méi)式液冷環(huán)境對(duì)系統(tǒng)裕量影響3CCH2025-05001而且，浸沒(méi)式冷卻液的關(guān)鍵電性參數(shù)（相對(duì)電容率：DK、介質(zhì)圖1-2浸沒(méi)式冷卻液DK/DF數(shù)值對(duì)互連部件阻抗和插損的影響曲線(xiàn)數(shù)值，對(duì)于IT系統(tǒng)在浸沒(méi)式液冷環(huán)境中的應(yīng)用時(shí)電氣行為的變化影響評(píng)估是一個(gè)非常重要的前提條件，直接影響到后續(xù)IT系統(tǒng)的應(yīng)用第一種，GB/T5654-2007（與IEC第二種，GB/T21216-2007（與IEC61260-1998等同）標(biāo)準(zhǔn)中4CCH2025-05001測(cè)試方法原理為在試驗(yàn)池上施加交變方波電壓的情況下來(lái)測(cè)量電容因目前IT系統(tǒng)的高速信號(hào)已經(jīng)達(dá)到數(shù)十千兆赫茲的頻率，第一種和第二方法測(cè)得的DK/DF數(shù)值明顯不適用于目前的浸沒(méi)式冷卻液DK/DF數(shù)值量測(cè)，但因其對(duì)DF的量測(cè)建議值為0.05還無(wú)法覆蓋到浸沒(méi)式冷卻液的DF數(shù)值（業(yè)內(nèi)主流浸沒(méi)式冷卻液的以PCB表層的傳輸線(xiàn)為例，當(dāng)液體的DF數(shù)值從0.05減小到0.0015的水平上，PCB走線(xiàn)的插損變化達(dá)到了20%以上，如圖1-35CCH2025-05001圖1-3冷卻液不同DF數(shù)值對(duì)互連線(xiàn)單位長(zhǎng)度插損影響微帶線(xiàn)標(biāo)定法針對(duì)浸沒(méi)式冷卻液的標(biāo)定邏輯為通過(guò)在不同外部到與實(shí)測(cè)插損特性曲線(xiàn)匹配最佳的外部環(huán)境的DK/DF數(shù)值，進(jìn)而實(shí)本方法以工具板微帶線(xiàn)為標(biāo)定工具，測(cè)試過(guò)程基本等同于IT系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，不但可以定性的分析浸沒(méi)式冷卻液對(duì)IT系統(tǒng)的6CCH2025-05001同決定了微帶線(xiàn)頻域中的插損特性表現(xiàn)；與之對(duì)應(yīng)，在EDA仿真工具中，只要給定了微帶線(xiàn)的物理結(jié)構(gòu)參數(shù)（包括導(dǎo)體/外圍介質(zhì)的厚度、寬度、表面粗糙度等幾何數(shù)據(jù)）和傳輸線(xiàn)外圍介質(zhì)的電氣參數(shù)（DK/DF數(shù)值就可以運(yùn)行得到微帶線(xiàn)的一組插損曲線(xiàn)（包括幅微帶線(xiàn)標(biāo)定法的原理就是利用實(shí)測(cè)得到的一組微帶線(xiàn)插損曲線(xiàn)線(xiàn)與比較基準(zhǔn)曲線(xiàn)基本重合的時(shí)候，此時(shí)仿真所用的DK/DF數(shù)值即圖1-4微帶線(xiàn)標(biāo)定法標(biāo)定原理示意圖7CCH2025-050014.基于多組設(shè)計(jì)的物理結(jié)構(gòu)尺寸和空氣環(huán)境下實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行仿真和測(cè)試擬合，得到最貼近實(shí)測(cè)的各CCL的電性參數(shù),利用預(yù)留5.至此，確定了綠油層和PP層這些介質(zhì)層的BestDK/DF，將測(cè)1.將實(shí)測(cè)的液體環(huán)境下插損曲線(xiàn)（S參數(shù)曲線(xiàn)）作為擬合比較的基準(zhǔn)，測(cè)試板卡的DK和DF數(shù)值作為已知量并設(shè)定為前期得圖1-5擬合仿真過(guò)程示意圖8浸沒(méi)式冷卻液關(guān)鍵電性參數(shù)標(biāo)定方法研究CCH2025-05ooi第二章標(biāo)定測(cè)試工具板開(kāi)發(fā)及標(biāo)定測(cè)試介紹1.油類(lèi)冷卻液相比較于氟化液冷卻液，通常具有較高的粘度和較差的流動(dòng)性的特點(diǎn)，為了滿(mǎn)足油類(lèi)冷卻液樣品的測(cè)試需求，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)需要將液面位置范圍擴(kuò)大，這就要求板厚也進(jìn)一步加大，計(jì)中間core/pp時(shí)選擇了較厚的CCL來(lái)滿(mǎn)足板厚的需求，建議總不同介厚以及不同物理尺寸的傳輸線(xiàn)，驗(yàn)證不同尺寸的表層傳輸3.在以往的項(xiàng)目中，我們發(fā)現(xiàn)在實(shí)際測(cè)試中，在高頻段存在一個(gè)諧振峰，這嚴(yán)重影響了高頻環(huán)境下的測(cè)試，此諧振峰由玻纖效應(yīng)產(chǎn)化玻纖效應(yīng)，需要采用板材旋轉(zhuǎn)的解決方法，基于經(jīng)PCB板材旋轉(zhuǎn)1度諧振頻率大約會(huì)藍(lán)移3GHz，因此為了進(jìn)一步9CCH2025-050014.不匹配的阻抗會(huì)加重反射損耗以及信號(hào)衰減，為了進(jìn)一步降低阻抗失配的影響，首先建議將工具板的整板阻抗控制在±7%以?xún)?nèi)，連接器區(qū)域，建議通過(guò)修改SMA部分拓?fù)?，?yōu)化單點(diǎn)阻抗至5%蓋的單線(xiàn)和綠油層開(kāi)窗的單線(xiàn)，綠油層開(kāi)窗單線(xiàn)的阻抗隨綠油層覆蓋的單線(xiàn)線(xiàn)寬進(jìn)行調(diào)整，保證兩者有相同的線(xiàn)寬和加工補(bǔ)償，的選擇上也建議盡量選用IT設(shè)備主流應(yīng)用的CCL材質(zhì)。本應(yīng)用案例中標(biāo)定測(cè)試工具板所用的CCL材料為廣東生益科技一支無(wú)鹵超低損耗高耐熱性的材料，于20CCH2025-05001信號(hào)反射，減少電磁場(chǎng)的不均勻性和局部集中的現(xiàn)象，優(yōu)化目標(biāo)為圖2-1單點(diǎn)阻抗優(yōu)化模型及優(yōu)化效果CCH2025-050012.4.1針對(duì)標(biāo)定測(cè)試工具板，主要技術(shù)指標(biāo)為對(duì)阻抗控制的高要求，有以下幾點(diǎn)：-單PCS內(nèi),針對(duì)外層SMA封裝的coupon,單一coupon內(nèi)的阻抗-同一個(gè)DeltaL4.0模組內(nèi)的2/5/10inch三條差分coupon的阻抗2.4.2加工難點(diǎn)分析及解決方案阻抗控制范圍樣品能力為±5.95ohm，均不足以達(dá)到±4.25ohm(±5%)厚公差需要控制在±5μm，線(xiàn)寬公差控制在±10μm，銅厚公差控制在CCH2025-050012.4.2.1關(guān)鍵因子管控解決方案4）首件檢驗(yàn)方面：外層阻抗線(xiàn)，測(cè)量最小/最大阻抗線(xiàn)寬，5點(diǎn)CCH2025-05001圖2-2層壓流膠示意圖圖2-3引用測(cè)試介厚分布圖1）在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)優(yōu)化板內(nèi)和板邊的圖形布局，靠近板內(nèi)鋪圓銅點(diǎn)使其流膠均勻，外圍鋪全銅塊割流膠槽進(jìn)行阻膠，降低PP流膠影響，使板邊和板內(nèi)的介厚保持一致，提升圖2-4常規(guī)板框設(shè)計(jì)圖2-5優(yōu)化板框設(shè)計(jì)2）產(chǎn)品加工時(shí)優(yōu)化壓合參數(shù)（降低升溫速率）以降低PP流膠影響，提升介厚均勻性。CCH2025-05001圖2-6銅缸內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖圖2-7電鍍夾點(diǎn)深度不一致分布圖圖2-8電鍍板間距不一致分布圖2.4.3打板生產(chǎn)后的實(shí)測(cè)效果CCH2025-05001圖2-9測(cè)試工具板實(shí)物照片及阻抗實(shí)測(cè)結(jié)果示例2.5.1工具板物理結(jié)構(gòu)測(cè)試系統(tǒng)說(shuō)明切片量測(cè)系統(tǒng)是一套通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀測(cè)提前制備的PCB板卡CCH2025-05001真空鑲嵌機(jī)冷鑲嵌樣品圖2-11真空鑲嵌機(jī)及冷鑲嵌樣品CCH2025-05001圖2-12研磨拋光機(jī)CCH2025-05001圖2-12金相顯微鏡圖2-13透射照明方式和落射照明方式光路圖CCH2025-05001圖2-14暗場(chǎng)照明方式的光源光路圖以下是針對(duì)PCB板卡不同磨拋工藝處理后的截面，用金相顯微(a)低照度（b）高照度圖2-15PCB板卡截面明場(chǎng)照明(5X物鏡，磨拋粒度P2400)CCH2025-05001(a)低照度（b）高照度圖2-16PCB板卡截面明場(chǎng)照明(10X物鏡，磨拋粒度P2400)(a)低照度（b）高照度圖2-17PCB板卡截面明場(chǎng)照明(5X物鏡，磨拋粒度3um)(a)低照度（b）高照度圖2-18PCB板卡截面明場(chǎng)照明(10X物鏡，磨拋粒度3um)從上面的照片中可以看出，磨拋粒度達(dá)到P2400時(shí)銅層的邊界CCH2025-05001圖2-19PCB板卡截面暗場(chǎng)照明(5X物鏡，磨拋粒度P2400和3um)圖2-20PCB板卡截面暗場(chǎng)照明(10X物鏡，磨拋粒度P2400和3um)CCH2025-05001圖2-21混合照明模式（10X物鏡，磨拋粒度P2400）CCH2025-05001圖2-22工業(yè)CT機(jī)原理示意圖2.5.2工具板電性特征測(cè)試系統(tǒng)說(shuō)明PCB板卡電性特征（主要是阻抗和插損）測(cè)試系統(tǒng)主要由PNA器、混頻器等有源和無(wú)源微波組件的參數(shù)調(diào)試和測(cè)試。PNA矢量網(wǎng)PNA矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀提供全頻掃描、列表掃描和點(diǎn)頻測(cè)量等多CCH2025-05001在測(cè)試過(guò)程中，首先將PNA矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀連接到計(jì)算機(jī)，設(shè)置好測(cè)試參數(shù)和掃描頻率范圍。然后，將PCB放入測(cè)試夾具中，通頻率掃描，測(cè)量PCB在特定頻率下的插損值。測(cè)試完成后，可以通輸特性曲線(xiàn)，幫助工程師評(píng)估PCB的性能，優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少信號(hào)損圖2-23工具板電性特征測(cè)試系統(tǒng)示例圖計(jì)了多組coupon，而且表底層的介質(zhì)厚度也做了區(qū)別，在測(cè)試開(kāi)始CCH2025-05001要明顯大于底層的線(xiàn)寬，以寬pitch的線(xiàn)寬越大，阻抗公差更好控制（如下圖所示介厚越大，散射在圖2-24工具板不同層面coupon實(shí)則阻抗均值柱狀圖在本應(yīng)用案例中使用的工具板上，分別設(shè)計(jì)了不同類(lèi)型（單端/差分）、不同差分pitch（寬/窄）、不同綠油覆蓋場(chǎng)景（綠油開(kāi)窗/CCH2025-05001圖2-25不同設(shè)計(jì)pitch、長(zhǎng)度及綠油覆蓋場(chǎng)景coupon實(shí)物照片表2-1測(cè)試coupon匯總表CCH2025-050012.6.2測(cè)試環(huán)境架設(shè)圖2-26測(cè)試用工具2.為了節(jié)約測(cè)試時(shí)間，測(cè)試液體需要提前通過(guò)揚(yáng)水泵抽送到常溫測(cè)圖2-27測(cè)試用液體液面高度控制示意3.為了避免不同液體之間的交叉誤差，每種液體均需要配套使用獨(dú)CCH2025-05001圖2-28水泵使用場(chǎng)景4.在校準(zhǔn)和測(cè)試過(guò)程中，為了盡量減少測(cè)試系統(tǒng)變異對(duì)測(cè)試結(jié)果的CCH2025-05001圖2-29校準(zhǔn)及實(shí)測(cè)場(chǎng)景對(duì)比5.為了盡量減少測(cè)試測(cè)試系統(tǒng)變異對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果的影響，需要盡圖2-30液體批量測(cè)試場(chǎng)景2.6.3擬合仿真設(shè)置據(jù)處理軟件，在本應(yīng)用案例中使用的工具軟件為業(yè)界金標(biāo)準(zhǔn)軟件在HFSS工具中，將介質(zhì)的DK/DF設(shè)置為隨頻率變化的因果性CCH2025-05001這里，ε∞表示相對(duì)介電常數(shù)的高頻（或光學(xué)）極限，Δε是相對(duì)Djordjevic-Sarkar模型的有效相對(duì)介電常數(shù)和電導(dǎo)率可以從上CCH2025-05001圖2-31相對(duì)介電常數(shù)和損耗角正切的頻率變化曲線(xiàn)則在此頻率范圍之外它會(huì)迅速降至零（如果直流電導(dǎo)率不為零，假設(shè)相對(duì)介電常數(shù)ε1和損耗角正切tanδ(ω1)在拐角頻率之間的某個(gè)頻率ω1處給出。由于損耗角正切決定了直線(xiàn)的斜率，而相對(duì)介實(shí)踐中未觀察到上轉(zhuǎn)角頻率，因此將其設(shè)置為非常高的值CCH2025-05001基于以上分析，在本應(yīng)用中，統(tǒng)一選用1GHz下的DK/DF數(shù)值Djordjevic-Sarkar模型進(jìn)行塊中進(jìn)行仿真，可以獲得初始插損、相位的差值，將AEDT文件保圖2-32circuit中模塊CCH2025-05001一一個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，此優(yōu)化目標(biāo)利用權(quán)重法，將3個(gè)case的插損以及相位用唯一變量表示，其優(yōu)點(diǎn)是opti圖2-33optiSLang中優(yōu)化目標(biāo)設(shè)置可以在第一次靈敏度分析的基礎(chǔ)上選取第一次分析的最優(yōu)結(jié)果作為圖2-34optiSLang界面示例CCH2025-05001圖2-35optiSLang優(yōu)化結(jié)果示例在獲得最優(yōu)case之后，使用預(yù)留的一種測(cè)試場(chǎng)景，對(duì)提取的最優(yōu)解進(jìn)行驗(yàn)證。將最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)作為PCB圖2-36回歸驗(yàn)證結(jié)果示例CCH2025-05001行擬合，即可得到一組冷卻液的Dk/Df值。圖2-37液體DK/DF數(shù)值擬合結(jié)果示例用剩余的case進(jìn)行驗(yàn)證，得到良好的擬合效果，即可確定冷卻圖2-38液體DK/DF擬合結(jié)果回歸驗(yàn)證示例CCH2025-050012.6.4與N1501A方法測(cè)試結(jié)果比較針對(duì)相同的多款液體樣品，分別使用微帶線(xiàn)標(biāo)定法和是德示。圖2-39微帶線(xiàn)標(biāo)定法和N1501A方法實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比CCH2025-05001第三章液體參數(shù)標(biāo)定EC160是一款由中石油克拉瑪依石化公司提供的碳?xì)涞V物油類(lèi)EC160經(jīng)過(guò)微帶線(xiàn)法標(biāo)定的液體關(guān)鍵電性參數(shù)結(jié)果如CCH2025-05001揮發(fā)性極小，與服務(wù)器組件材料具有良好的兼容性，可保護(hù)IT設(shè)備不受環(huán)境濕度、灰塵和振動(dòng)影響，有效提高IT設(shè)備的可靠性傳導(dǎo)熱量，適用于需要高效散熱的液冷應(yīng)用場(chǎng)景；此外，ICL-1100還具有良好的電絕緣性能，能夠在電子設(shè)備中提供可靠的值得一提的是，ICL-1100的閃點(diǎn)較高，增加了其安全性。該液體主ICL-1100經(jīng)過(guò)微帶線(xiàn)法標(biāo)定的液體關(guān)鍵電性參數(shù)結(jié)果如CCH2025-05001HXL-9104是一款由朗盛提供的合成碳?xì)銱XL-9098是一款由朗盛提供的合成碳?xì)銫CH2025-05001LC-50是一款由浙江永太氟樂(lè)科技有限公司提供的低沸點(diǎn)有機(jī)發(fā)熱單元，在發(fā)熱單元溫度達(dá)到