半导体行业用面板水冷机的流体传热特性及系统优化研究

2025年6月11日新闻中心行业新闻 160

　　面板水冷机的核心功能是通过流体介质的循环流动实现热量传递，其传热特性直接决定控温精度与系统稳定性，循环系统采用磁力驱动泵，避免传统机械密封的泄漏风险，同时通过变频技术调节泵的转速，确保不同工况下的传热需求。

　　一、影响面板水冷机流体传热的关键因素分析

　　1、流体物性参数

　　载冷剂的比热容与导热系数直接影响传热量。以水为例，适合高温段传热；而硅油在-40℃时粘度增加，需通过加热维持流动性。设备设计中需根据目标温度范围选择介质，采用氟化液作为载冷剂，可在低温环境下保持低粘度，确保流体循环效率。

　　2、系统压力与流量

　　循环系统压力影响流体流动阻力与换热速率。设备的循环泵的压力，通过变频器调节流量，使流体在微通道内的流速维持恒定值，避免层流导致的传热效率下降。

　　3、换热器结构设计

　　板式换热器的板片间距与波纹角度影响流体分布与湍流强度。此外，微通道换热器的通道尺寸小，进一步增加表面积，适用于紧凑型设备布局。

　　4、温度控制策略

　　面板水冷机采用多模式控制算法优化传热过程。在升温和降温阶段，前馈PID算法提前补偿系统滞后；恒温阶段通过模糊PID算法动态调整输出，将温度波动控制在范围内。部分型号如快速温变控温卡盘，还可通过PLC预设多段温度曲线，实现程序化温度切换。

　　二、面板水冷机优化路径与实践

　　1、流体循环系统优化

　　全密闭设计是系统优化的核心方向之一。设备通过膨胀罐自动补偿流体体积变化，避免传统系统因吸潮或挥发导致的介质性能衰减。管路材质选择需要注意传热与防腐。设备内部管路采用不锈钢、铜及密封材料，可延长系统使用周期。此外，管路布局采用短流程设计，减少弯头数量，降低沿程压力损失。

　　2、传热组件升级

　　压缩机与膨胀阀的匹配优化是提升制冷效率的关键。同时，双变频技术根据负载动态调节功率。换热器的清洗与维护策略影响长期传热性能。设备出厂前均经过氦检测与24小时连续运行拷机，确保无泄漏与性能衰减。运行过程中，通过监测进出口温差判断换热器结垢情况，当温差下降时，自动触发清洗程序，采用去离子水或专用清洗剂循环冲洗，恢复换热效率。

面板水冷机的流体传热特性通过介质选型、系统设计与控制算法的协同优化得以提升，全密闭循环、换热器及智能化控制是当前技术的核心优势。随着半导体工艺对控温精度与响应速度的要求将提升，需进一步研究，以适应下一代半导体制造与测试的严苛需求。