核心提示
“新概念”TIM方案
在今年三月份的上海慕尼黑电子展上，陶氏隆重推出了第二代有机硅体系的“单相”冷却液——陶熙™ ICL-1100浸没冷却液。
虽说这款产品在闪点、倾点以及兼容性方面都有着不俗的表现，但是当前一个很大的问题在于，如今的“单相”浸没式液冷市场已然是氟化液和合成油两大“寡头”并立的局面，用户心智也早已被这二者占据。
在这样的环境之下陶氏还要推出这款全新的有机硅体系浸没冷却液，究竟还能有胜算几何呢？
用“胶我选”小程序2.0，可查询相关产品信息
“热界面材料”的危机
事情还要从“浸没式液冷”刚刚兴起的那些年说起，当时人们最为关注的技术路线还是“相变”冷却液。
这种液体的成分是低沸点的氟化液，因为在接触到芯片的高温区域后就会通过“相变”沸腾的方式极其高效地带走热量。
所以它的出现立刻就让包括散热器和热界面材料在内的传统热管理方案迎来了第一轮的“下岗”危机！
相变浸没式液冷方案中无需热界面材料
不过好在很快“相变”冷却液也暴露出了很多问题，于是浸没式液冷的另一条技术路线——“单相”冷却液，就成功引起了越来越多数据中心的注意。
这种“单相”冷却液的特点是沸点远远高于芯片的工作温度，所以要想带走芯片的热量它就只能靠着不停地流动来与芯片进行热交换。
那么从这个角度来看，“单相”浸没式液冷其实和传统的“风冷”是一样的——
二者都需要将先芯片的热量传导到散热器再扩散出去，于是之前在“相变”浸没式液冷方案中已经领了盒饭的热界面材料，终于在这一季又重新“上线”了！
单相浸没式液冷方案中的热界面材料
不仅如此，到了2020年另一项重大利好也传了出来——
芯片巨头Intel明确宣布站队“单相”冷却液，而且为了替广大芯片用户们摸索出一套最为靠谱的浸没式液冷方案，他们还带头搞了一个名为“Intel Open IP”的示范工程。👇
（Intel Open IP Immersion Cooling Reference Solutions-Single Phase-Product Brief_4U Deployment kit）
这个工程的大致思路就是将服务器整个“泡”进“单相”冷却液之中，然后通过长时间运行找出电路板上的哪些材料和元器件比较容易被“泡坏”。
其中最有代表性的三种“单相”冷却液我们在前文中都有提到过——
它们分别是高沸点的“单相”氟化液、与润滑油同源的烯烃体系合成油、以及硅氧烷体系的改性硅油。
随着测试的深入越来越多的信息被披露了出来。
但是万万没想到，在面对“相变”冷却液时代已经遭遇了一轮“下岗”危机的热界面材料，在这一轮的“单相”冷却液测试中竟然又开始面临着全新的“兼容性”危机！
损兵折将“兼容性”
具体的情况Intel已经在了一篇名为《热界面材料与数据中心浸没式冷却液的兼容性研究》的论文中做了披露。👇
在这篇论文中，Intel的工程师关注的重点是自家芯片用得最多的两种热界面材料——导热硅脂和导热PCM。
由于导热PCM在室温状态下是薄薄的一片，所以制作出来的测试样件也比较贴近于现实的应用场景。
Intel测试中制作的导热相变材料（PCM）样件
但是导热硅脂的样件做得就比较惨不忍睹了。
因为这次测试的硅脂样品粘度极高，要想将其均匀涂抹在金属片上实属不易，所以Intel的研究人员就将它们直接从罐子中抠出来按在金属片上了事……
A study on compatibility of thermal interface materials with coolants for data center immersion cooling_Liu Yu@Intel
接下来进入测试环节，大致的过程是先将导热硅脂和导热PCM的测试样件泡进盛满“单相”氟化液的玻璃罐中，然后再将玻璃罐放入80℃烘箱里静置300小时。
如果300小时后测试样件的重量的变化不超过±3%，即可判定相应的热界面材料与“单相”氟化液的兼容性过关。
A study on compatibility of thermal interface materials with coolants for data center immersion cooling_Liu Yu@Intel
然而很快导热PCM的表现就让人大跌眼镜——别说300小时，即便是短短48小时它也没能挺过去！
因为此时贴敷在金属片上的导热PCM已经完全解体，无需等300小时的实验结束就能看出来它与“单相”氟化液之间的兼容性不良了！
A study on compatibility of thermal interface materials with coolants for data center immersion cooling_Liu Yu@Intel
而造成这个问题的根源大概率就是导热PCM中的一个重要成分——相变蜡。
我们知道，当芯片的温度上升到40～60℃区间时，导热PCM成分中的相变蜡就会开始融化，而原本是固体片材的导热PCM也会因此“相变”成膏状的液体。
偏偏这次测试中氟化液的温度远远高于相变蜡融化所需的“相变温度”，这就让导热PCM在测试全程始终处于液体状态，那么时间一久随着液体的扩散它自然也就完全解体了！
反观导热硅脂的情况就略微复杂了。
首先它在浸泡了300小时后的重量只损失了0.75%，远远好于±3%的及格线，如果单从这个数据来看似乎它的兼容性很不错。
但是当我们再一查看测试样件的外观就能发现事情并不简单了——
一方面黏附在金属片上的导热硅脂出现了约4.2%的收缩，另一方面它的颜色也从一开始的深灰蜕变成了白色！
A study on compatibility of thermal interface materials with coolants for data center immersion cooling_Liu Yu@Intel
对于这个现象我们还是可以从材料的成分来找原因——
因为导热硅脂是一种导热填料与小分子硅油混合后得到的“干泥巴”，所以从本质上来看它其实就是一种看起来很粘稠但其实并没有什么内聚力的膏状“液体”。
一旦这个膏状的“液体”被泡进温度很高的氟化液，小分子硅油们就会开始不断地向外扩散逸出，最终它的体积、颜色以及内部结构肯定就都要发生变化了！
不过遗憾的是Intel的这篇论文写到这里就戛然而止了。
至于热界面材料与另外两种“单相”冷却液——合成油和改性硅油的兼容性究竟如何，我们还是从另一份由合成油冷却液大厂路博润发行的《白皮书》中找到的信息。
“兼容性”与“热阻”的矛盾
这份路博润《白皮书》的研究对象是合成油冷却液，其中除了介绍产品特性之外还展示了与数据中心各种材料的兼容性。
其中就专门提到了导热硅脂、导热PCM，以及另一种很重要的热界面材料——导热垫片。
https://cn.lubrizol.com/Thermal-Management/Immersion-Cooling/Resources
他们的测试方式是将测试样件浸入110℃的合成油冷却液中72小时，然后基于样件的形貌与浸出成分来判定是否合格。
结果显示，导热硅脂与导热PCM在合成油冷却液中都出现了解体的问题，被判定为“不兼容”。
但令人意外的是，导热垫片在这项测试中的表现倒是可圈可点——虽然也有硅树脂成分浸出，但是垫片的结构依然保持了完整，因此被判定为“及格”！👇
https://cn.lubrizol.com/Thermal-Management/Immersion-Cooling/Resources
对于这个现象，我们可以从导热垫片的微观结构方面找出答案。
只不过正所谓“得之东隅失之桑榆”，虽然导热垫片的微观结构让它具备了远超导热硅脂和导热PCM的兼容性，但是同时也让它失去了硅脂和PCM那种超级低的界面厚度（BLT）。👇
而这就直接影响到了热界面材料最为重要的一项参数——热阻！
导热硅脂与导热垫片的BLT
所谓“热阻”也可以套用“电阻”的概念来理解，它描述的就是“热量”在物体内传播的难易程度。
计算公式告诉我们，热界面材料的“热阻”和它的界面厚度（BLT）成正比。
也就是说，当其他参数都一样的前提之下，导热垫片比较大的界面厚度会严重影响芯片的散热效果！
实际情况也的确如此，此前有研究人员专门做过统计，发现由于界面厚度（BLT）没办法做得像导热硅脂和导热PCM那么低，导热垫片的热阻一般都要比这二位高出很多！
(Thermal interface materials_Daniel Blazej, Ph.D.;Recent Advances in Thermal Interface Materials_Yongcun Zhou)
那么具体到数据中心浸没式液冷中的芯片温控，也就意味着虽然导热垫片能伴随着芯片一起安然无恙地泡进浸没冷却液之中，但是因为它居高不下的热阻，最终也会让芯片的温控效果事倍功半！👇
（数据来源：Thermal Interface Materials for Power Electronics Applications_G. Eesley）
如此看来，在服务于芯片的浸没式液冷这件事情上，“兼容性”良好的导热垫片大概率会出现热阻太高的问题；而导热硅脂、导热PCM虽然拥有“低热阻”却又无法与冷却液很好地兼容。这可真是数据中心版的“鱼与熊掌不可得兼”！
正是因为看到了这个令人头痛的问题，所以材料大厂陶氏终于出手了——基于深厚的技术储备，他们开发出了从冷却液到热界面材料的一整套解决方案！
陶熙™ ICL-1100浸没冷却液
首先是文章开头提到的“新概念”TIM材料，虽然这款产品尚未正式对外发布，但是我们依然能从有限的信息中看出它的过人之处！
比如它的导热率高达7.0W/m·K，同时热阻低至0.03℃-cm²/W！相较于当前最顶级的主流热界面材料，其热管理性能丝毫不输！
然而这还不是重点，真正值得关注的是这款材料在冷却液中的“兼容性”！
从产品的设计初衷来看，“新概念”TIM材料在普通冷却液中的“兼容性”本来就是要做到优于传统主流热界面材料的！
在此基础之上，如果再将它与这次全新推出的陶熙™ ICL-1100浸没冷却液搭配，其“兼容性”还有望实现进一步提升！
看到此处，想必大家也能发现陶氏在产品线上的布局思路了——
“新概念”TIM材料的“兼容性”固然已经很优秀，但是如果与陶熙™ ICL-1100浸没冷却液协同使用，就能进一步提升数据中心热管理系统的可靠性！
从目前的一些迹象来看，陶氏的这个策略正在得到数据中心巨头们的认可。
比如芯片大厂Intel，他们于今年5月8号刚刚更新了《Open IP单相浸没式液冷-合作伙伴解决方案》，在其中的“关键组件解决方案”部分，我们就发现陶熙™ ICL-1100浸没冷却液已经赫然在列！
（https://www.intel.com/content/www/us/en/content-details/787148/intel-s-open-ip-immersion-cooling-reference-solutions-single-phase-partner-solutions-for-ecosystem-scaling.html?wapkw=partner%20solution%20signle%20phase）
然而“兼容性”还不是这款陶熙™ ICL-1100浸没冷却液唯一的卖点，作为陶氏第二代浸没冷却液产品，它在应用场景的适配性和安全性上也有了重要的改进。
最典型的就是它的倾点低至-57℃，这就保证了位于高纬度或高寒地区的数据中心不必担心冷却液在冬季出现凝固问题；
此外这款冷却液的闪点高达216℃，相较于150℃的行业标准无疑从运输安全性和使用安全性上都更加靠谱了！
陶氏新概念热界面材料主要性能
不过由于陶熙™ ICL-1100浸没冷却液面世不足两个月，而“新概念”TIM材料更是尚未正式官宣，所以截至目前网上的公开信息还非常有限。
不过没关系，如果您对这两款新产品感兴趣，欢迎后台留言索取相关资料及样品！
正所谓百闻不如一见，在这个浸没式液冷强势崛起的时代，就让我们见证这两款创新的产品方案，将如何为极速发展的数据中心和云计算应用再添一份助力吧！
精彩往期
▽
