數(shù)據(jù)中心液冷及冷卻液行業(yè)分析：算力提升驅動，氟化液迎來機遇

作者：蘭洋科技????瀏覽量：7335????時間：2023年05月08日????標簽: 冷卻液電子氟化液

一、算力持續(xù)增加對散熱技術提出新要求，液冷是有效解決方案

隨著人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)以及區(qū)塊鏈等技術的創(chuàng)新發(fā)展，以高速率、低時延和大連接為特點的 5G 通信時代到來，作為信息基礎設施的數(shù)據(jù)中心及通信設備承擔的計算量越來越大，對計算效率的要求也越來越高。為了應對網(wǎng)絡處理性能的挑戰(zhàn)，數(shù)據(jù)中心服務器及通信設備不斷提升自身處理能力和集成度，帶來了功率密度的節(jié)節(jié)攀升。這些變化除了帶來巨額能耗問題以外，高熱密度也給制冷設備和技術提出了更高要求。傳統(tǒng)風冷技術面對高熱密度場景呈現(xiàn) 瓶頸，散熱效率已經跟不上計算效率。在此背景下，液冷技術以其超高能效、超高熱密度等特點引起行業(yè)的普遍關注，液冷技術是解決散熱壓力和節(jié)能挑戰(zhàn)的必由之路。

1、算力持續(xù)增加對芯片散熱要求更高，液冷是解決散熱壓力和節(jié)能挑戰(zhàn)的必由之路

算力持續(xù)增加促進功率密度增長，對制冷技術提出新的要求。算力的持續(xù)增加促進通訊設備性能不斷提升，芯片功耗和熱流密度也在持續(xù)攀升，產品每演進一代功率密度攀升 30~50%。當代 X86 平臺 CPU 最大功耗 300~400W，業(yè)界最高芯片熱流密度已超過 120W/cm2；芯片功率密度的持續(xù)提升直接制約著芯片散熱和可靠性，傳統(tǒng)風冷散熱能力越來越難以為繼。芯片功率密度的攀升同時帶來整柜功率密度的增長，當前最大已超過 30kW/機架；對機房制冷技術也提出了更高的挑戰(zhàn)。液冷作為數(shù)據(jù)中心新興制冷技術，被應用于解決高功率密度機柜散熱需求。

雙碳政策下數(shù)據(jù)中心 PUE 指標不斷降低。近年來，在“雙碳”政策下，數(shù)據(jù)中心 PUE 指標不斷降低，多數(shù)地區(qū)要求電能利用效率不得超過 1.25，并積極推動數(shù)據(jù)中心升級改造，更有例如北京地區(qū)，對超過規(guī)定 PUE 的數(shù)據(jù)中心電價進行加價。

制冷系統(tǒng)在典型數(shù)據(jù)中心能耗占比 24%，降低制冷系統(tǒng)能耗是降低 PUE 的有效方法。算力的持續(xù)增加，意味著硬件部分的能耗也在持續(xù)提升；在保證算力運轉的前提下，只有通過降低數(shù)據(jù)中心輔助能源的消耗，才能達成節(jié)能目標下的 PUE 要求。制冷系統(tǒng)在典型數(shù)據(jù)中心能耗中占比達到 24% 以上，是數(shù)據(jù)中心輔助能源中占比最高的部分，因此，降低制冷系統(tǒng)能耗能夠極大的促進 PUE 的降低。有數(shù)據(jù)顯示，我國數(shù)據(jù)中心的電費占數(shù)據(jù)中心運維成本的 60-70%。隨著服務器的加速部署，如何進一步降低能耗，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心綠色發(fā)展，成為業(yè)界關注的焦點。

液冷技術能實現(xiàn)極佳節(jié)能效果。近年來，為了降低制冷系統(tǒng)電能消耗，行業(yè)內對機房制冷技術進行了持續(xù)的創(chuàng)新和探索。間蒸/直蒸技術通過縮短制冷鏈路，減少過程能量損耗實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心 PUE 降至 1.15~1.35；液冷則利用液體的高導熱、高傳熱特性，在進一步縮短傳熱路徑的同時充分利用自然冷源，實現(xiàn)了 PUE 小于 1.25 的極佳節(jié)能效果。

2、風冷是最成熟冷卻方案之一，但仍存在多項不足

目前風冷技術是數(shù)據(jù)中心最為成熟和應用最為廣泛的冷卻方案之一。它通過冷／熱空氣通道的交替排列實現(xiàn)換熱。機架產生的熱空氣由機房空調（CRAC）或者機房空氣處理單元（CRAH）產生的冷空氣進行冷卻，冷空氣通過地下的通風口輸送至機架間的冷空氣通道。其中，CRAC 采用制冷劑為媒介進行冷卻，而 CRAH 則采用水－空氣換熱器對水進行冷卻。在典型的風冷數(shù)據(jù)中心中，所有服務器機架均呈行排列。通過 CRAH 或 CRAC 單元冷卻的空氣通過地下通風通道進入數(shù)據(jù)中心房間后，擴散經過服務器，吸收服務器產生的熱量后進入熱風通道，從而回到 CRAH 或 CRAC 單元。因此，風冷技術會同時冷卻服務器機架內的所有電子器件。

風冷技術存在低密度和相對較低的散熱能力的不足。這對于高性能計算（HPC）應用尤為明顯。此外，風冷技術還有以下不足： 1）熱點。由于缺乏合適的空氣流量控制系統(tǒng)，服務器設備產生的熱量和冷空氣換熱不均勻，容易在服務器機架之間和內部形成局部熱點。因此，為了充分消除這些熱點，需要對數(shù)據(jù)中心進行過度冷卻，從而額外增大了能耗。 2）機械能耗。在冷卻過程中，很大一部分電能用于驅動風機和泵，從而實現(xiàn)空氣和水的循環(huán)。 3）環(huán)境匹配性。為了維持數(shù)據(jù)中心運行穩(wěn)定，采用風冷技術的系統(tǒng)通常需要常年不間斷運行。因此，即使在冬季，室外溫度較低，也需要維持數(shù)據(jù)中心的冷卻循環(huán)，不利于節(jié)能。 4）占用空間大。要達到有效冷卻，數(shù)據(jù)中心通常需要大量的空間來放置空調和服務器機架。

3、相較于風冷，液冷具有低能耗、高散熱、低噪聲、低 TCO 等優(yōu)勢

液冷通過液體代替空氣，把熱量帶走。液冷是通過液體代替空氣，把 CPU、內存等 IT 發(fā)熱器件產生的熱量帶走，就好似給服務器局部冷卻、整體“淋浴”甚至全部“泡澡”。根據(jù)目前技術研究的進程，將液冷分類為了水冷和冷媒冷卻?？捎美涿桨ㄋ?、礦物油、電子氟化液等。

液冷具有低能耗、高散熱、低噪聲、低 TCO 等優(yōu)勢。液體的冷卻能力是空氣的 1000～3000 倍。液冷技術可實現(xiàn)高密度、低噪音、低傳熱溫差以及普遍自然冷卻等優(yōu)點，相對于風冷技術具有無法比擬的技術優(yōu)勢，是一種可以適用于需要大幅度提高計算能力、能源效率和部署密度等場景的優(yōu)秀散熱解決方案。

（1）低能耗

傳熱路徑短：低溫液體由 CDU（冷量分配單元）直接供給通訊設備內；換熱效率高：液冷系統(tǒng)一次側和二次側之間通過換熱器實現(xiàn)液液換熱；一次側和外部環(huán)境之間結合風液換熱、液液換熱、蒸發(fā)汽化換熱三種形式，具備更優(yōu)的換熱效果；制冷能效高：液冷技術可實現(xiàn) 40~55℃高溫供液，無需壓縮機冷水機組，采用室外冷卻塔，可實現(xiàn)全年自然冷卻；除制冷系統(tǒng)自身的能耗降低外，采用液冷散熱技術有利于進一步降低芯片溫度，芯片溫度降低帶來更高的可靠性和更低的能耗，整機能耗預計可降低約 5%。

（2）高散熱

液冷系統(tǒng)常用介質有去離子水、醇基溶液、氟碳類工質、礦物油或硅油等多種類型；這些液體的載熱能力、導熱能力和強化對流換熱系數(shù)均遠大于空氣；因此，針對單芯片，液冷相比于風冷具有更高的散熱能力。同時，液冷直接將設備大部分熱源熱量通過循環(huán)介質帶走；單板、整柜、機房整體送風需求量大幅降低，允許高功率密度設備部署；同時，在單位空間能夠布置更多的 ICT 設備，提高數(shù)據(jù)中心空間利用率、節(jié)省用地面積。

（3）低噪聲

液冷散熱技術利用泵驅動冷卻介質在系統(tǒng)內循環(huán)流動并進行散熱，解決全部發(fā)熱器件或關鍵高功率器件散熱問題；能夠降低冷卻風機轉速或者采用無風機設計，從而具備極佳的降噪效果，提升機房運維環(huán)境舒適性，解決噪聲污染問題。

（4）低 TCO

液冷技術具有極佳的節(jié)能效果，液冷數(shù)據(jù)中心 PUE 可降至 1.2 以下，每年可節(jié)省大量電費，能夠極大的降低數(shù)據(jù)中心運行成本。相比于傳統(tǒng)風冷，液冷散熱技術的應用雖然會增加一定的初期投資，但可通過降低運行成本回收投資。以規(guī)模為 10MW 的數(shù)據(jù)中心為例，比較液冷方案（PUE1.15）和冷凍水方案（PUE1.35），預計 2.2 年左右可回收增加的基礎設施初投資。

通過將傳統(tǒng)風冷、冷板式液冷和單相浸沒液冷對比，浸沒式液冷功率密度最高，機柜數(shù)量和占地面積最小，冷卻能耗和冷卻電費最低；而風冷的功率密度最低，機柜數(shù)量和占地面積最大，冷卻能耗和冷卻電費最高；冷板式液冷居中。

液冷系統(tǒng)通用架構：室外側包含冷卻塔、一次側管網(wǎng)、一次側冷卻液；室內側包含 CDU、液冷機柜、ICT 設備、二次側管網(wǎng)和二次側冷卻液。

按冷卻原理，冷板式、浸沒式和噴淋式是目前液冷的 3 種主要部署方式。其中，浸沒式和噴淋式液冷等為接觸式液冷，冷卻液體與發(fā)熱器件直接接觸。（1）浸沒式液冷：浸沒式液冷將 IT 設備發(fā)熱元件全部浸沒在冷卻液中實現(xiàn)散熱，根據(jù)工質是否產生相變又分為單相液冷和相變液冷。吸熱后的冷卻液采用風冷或水冷等方式循環(huán)冷卻或者冷凝。（2）噴淋式液冷：噴淋式液冷依靠泵壓或重力驅動，按發(fā)熱元件需求向 IT 設備電路板自上而下精準噴淋冷卻液，吸熱的冷卻液采用風冷或水冷等方式循環(huán)冷卻。（3）冷板式液冷：冷板式液冷為非接觸式液冷，冷卻液體與發(fā)熱器件不會直接接觸。冷板式液冷通過流道將冷卻液通往與 IT 設備發(fā)熱元件接觸的冷板將熱量導出，吸熱后的冷卻液通過風冷或水冷等方式循環(huán)冷卻。

接觸式液冷較間接式液冷，冷卻效果更優(yōu)。接觸式液冷與間接式液體冷卻完全不同，液體制冷劑直接和電子器件接觸，絕緣液體介質能夠保證電子器件的絕緣。接觸式液冷技術具有如下優(yōu)勢： 1）液體比熱容遠高于空氣，傳熱量大，效率高。 2）節(jié)能降耗。如前面所述，采用接觸式液冷技術，大幅降低冷卻能耗。PUE 可達 1.04，無限接近理論極限值。 3）提高運算設備性能和可靠性。芯片功耗的突然增加不會導致溫度瞬間的大幅變化。除了服務器和冷卻設備的耗電，事實上硬件維修和維護費用也是數(shù)據(jù)中心不小的成本。據(jù)估算，服務器維修和維護費用占服務器和冷卻電費的一半。根據(jù)實踐，在數(shù)據(jù)中心中，硬盤需要的更換頻率是最高的。此外，溫度每升高 10 oC，電子器件的可靠性和壽命降低 50%。因此，浸沒式（接觸式）液冷技術能夠最大程度控制服務器溫度均勻，并大幅提高運算設備性能和可靠性。 4）降低風扇振動、噪聲和耗能。浸沒式（接觸式）液冷技術完全不需要風扇，最大限度減少噪聲污染源。 5）提高數(shù)據(jù)中心功率密度，減小機房占地面積。按照單機柜 42U 容量配置，放置傳統(tǒng) 19 英寸標準服務器，單機柜功率密度范圍可由 20kW 提升至 200kW。

接觸式液冷對氟化液純凈度、流體沸騰過程控制要求更高。1）首先，液封模塊中的氟化液必須非常純凈，而且芯片與基片之間連續(xù)的焊盤在焊接過程中產生的殘留物也必須清潔干凈（實際操作比較困難）。否則經過長時間浸泡和相變循環(huán)，這些殘留物會溶解并在沸騰的過程中沉積于焊盤上。長期使用會腐蝕焊盤從而失效。 2）其次，在流體沸騰冷卻試驗中，在芯片表面的沸騰剛剛開始時，溫度波動會出現(xiàn)在芯片表面。在某些試驗中，如果在沸騰開始前芯片已經達到期望的溫度水平，在沸騰剛開始，芯片表面還沒有出現(xiàn)大量氣泡，就會出現(xiàn)一個顯著的超高（過熱）溫度提高芯片的結溫。 3）最后，在非沸騰試驗中，如果依靠氟化液自然對流冷卻芯片，則會出現(xiàn)由于比熱容偏低、散熱能力不夠而導致的不可接受的芯片高溫。

冷板式液冷成熟度最高，浸沒式液冷、噴淋式液冷節(jié)能效果更優(yōu)。目前，3 種不同液冷方案在通信行業(yè)各有一些應用案例。其中，冷板式液冷發(fā)熱器件不需接觸冷卻液，發(fā)展時間最早，技術成熟度較高，冷板式液冷采用微通道強化換熱技術具有極高的散熱性能，在軍用雷達、高密度數(shù)據(jù)中心、高性能電腦、動力電池以及高功率 LED 散熱領域均有應用，是解決大功耗設備部署、提升能效、降低制冷運行費用、降低 TCO 的有效應用方案；而浸沒式和噴淋式液冷實現(xiàn)了 100% 液體冷卻，具有更優(yōu)的節(jié)能效果。浸沒式液冷散熱節(jié)能優(yōu)勢明顯，在超算、高性能計算領域取得了廣泛應用；噴淋式液冷公開展示的研究成果和應用實踐相對較少。

浸沒式液冷根據(jù)工質是否產生相變又分為單相液冷和相變液冷。

（1）相變浸沒式液冷技術： 相變式冷卻系統(tǒng)分一體式和分體式，其組成主要包括以下幾部分：冷卻液、密封腔體（密封，壓力－壓力控制系統(tǒng)）、芯片散熱膜模塊（散熱罩）、冷卻模塊（CDM）和室外冷源。其中，冷卻模塊又由管道、液汽換熱器、循環(huán)泵、儲液器和閥門等組成。室外冷源包括風冷式機組、水冷式機組、水噴淋冷卻系統(tǒng)及閉式冷卻塔等。相變浸沒式液冷方案是數(shù)據(jù)中心高效和極具前景的冷卻方案。即使服務器在全負荷的狀態(tài)下運行，服務器整體溫度仍能夠維持在合適的范圍內。

（2）單相浸沒式液冷技術： 單相液冷類技術屬于浸沒式液冷前沿技術，該技術克服了以往 IT 設備運行環(huán)境的限制——IT 設備的電子器件連同設備完全浸沒在特殊液體中，在液相環(huán)境下穩(wěn)定運行，并形成完全封閉的導熱回路。與傳統(tǒng)的風冷式和冷板式液冷技術相比，其性能大幅提高，幾乎完全免除濕度、灰塵和振動的影響，優(yōu)化了服務器的運行環(huán)境，延長了設備的壽命，安全可靠，無噪聲，制冷效率高，節(jié)能環(huán)保。盡管非相變類液冷技術的前景較好，但由于其對 IT 設備的要求較高，成本高昂，仍沒有得到普及。目前該技術主要應用于散熱性能要求極高的超算領域，但是，隨著數(shù)據(jù)中心散熱要求的提高，其勢必會成為未來數(shù)據(jù)中心主流的散熱技術之一。

二、液冷數(shù)據(jù)中心建設加速推進，市場規(guī)模有望超千億

近年來，國內數(shù)據(jù)中心建設加快推進。根據(jù)中國信通院的數(shù)據(jù)顯示，2021 年，中國數(shù)據(jù)中心在用機架數(shù)量達到 520 萬架，較 2020 年增加超過 100 萬架。據(jù)工信部《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動計劃（2021-2023 年）》，預計到 2023 年底，全國數(shù)據(jù)中心機架規(guī)模年均增速保持在 20%左右， 2023 年中國數(shù)據(jù)中心在用數(shù)量將超過 800 萬架。2021 年中國數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模超過 1500 億元，預計 2022 年中國數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模到突破 1900 億元人民幣，同樣呈現(xiàn)出較快的增長趨勢。

預計 2025 年中國液冷數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模將超千億。據(jù)《液冷白皮書》，考慮到液冷對傳統(tǒng)市場進行替代，包括風冷的機房空調市場、服務器市場以及數(shù)據(jù)中心基礎設施（機柜、CDU、冷卻塔等）市場，預計 2025 年，保守測算下中國液冷數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模將達 1283.2 億元，樂觀測算下中國液冷數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模將達 1330.3 億元。

浸沒式液冷憑借其優(yōu)良的制冷效果，市場份額將快速提升。據(jù)《液冷白皮書》，保守來看，2025 年中國冷板式液冷數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模將達到 757.1 億元，浸沒式為 526.1 億元；樂觀來看，2025 年中國冷板式液冷數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模將達到 784.9 億元，浸沒式為 545.4 億元。其中浸沒式液冷數(shù)據(jù)中心憑借其優(yōu)良的制冷效果，市場份額增長速度較快，浸沒式液冷數(shù)據(jù)中心的占比將從 2019 年的 18%左右提升至 2025 年的 40%左右。

互聯(lián)網(wǎng)、金融、電信等領域對數(shù)據(jù)中心液冷的需求量將會持續(xù)加大。預計到 2025 年，互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)液冷數(shù)據(jù)中心占比將達到 24.0%，金融行業(yè)將達到 25.0%，電信行業(yè)將達到 23.0%。而能源、生物、醫(yī)療和政務等將行業(yè)需求將加快融入通用數(shù)據(jù)中心新業(yè)態(tài)，整體上規(guī)模有所下降。預計 2025 年能源行業(yè)液冷數(shù)據(jù)中心占比將達到 10.5%，金融行業(yè) 將達到 8.5%，電信行業(yè)將達到 6.5%，以政務為代表的其他業(yè)務將下降至 2.5%。

除數(shù)據(jù)中心之外，近年來電化學儲能市場快速發(fā)展，預計將帶動儲能溫控行業(yè)需求提升。據(jù) CNESA 數(shù)據(jù)，截至 2021 年底，我國已投運儲能項目累計裝機規(guī)模為 46.1GW，占全球市場總規(guī)模的 22%，同比增長 30%，由于儲能電池容量及功率較大，其對散熱要求更高，同時儲能系統(tǒng)內部容易產生電池產熱和溫度分布不均等問題，優(yōu)質的溫控系統(tǒng)顯得對電池系統(tǒng)的壽命和安全性顯得尤為重要。

三、冷卻液為液冷技術關鍵材料，市場需求有望大幅提升

液體冷卻劑是液冷技術的關鍵因素之一。在浸沒式（接觸式）液冷技術應用中，除了硬件設備要求，液體冷卻劑也是最為關鍵的因素之一。對于合適的接觸式液冷冷卻劑，它要求：1）良好的熱物理性質。高熱傳導系數(shù)和比熱容、低黏度，相變則需要高的汽化潛熱。2）低凝固點和膨脹系數(shù)。3）單相液冷需要高沸點。4）兩相液冷需要合適的沸點和窄的沸程范圍。5）對電子器件具有良好的化學和熱穩(wěn)定性。6）高閃點和自燃溫度。7）對系統(tǒng)材料（金屬、非金屬和其他有機物無腐蝕性。8）不需要或僅需要最低限度的監(jiān)管限制（環(huán)境友好、無環(huán)境毒害、可生物降解等）。9）經濟性。

冷卻液主要可分為氟化學物質（或氟碳化合物）和烴類（例如礦物油、合成油和天然油）。需要使用沸點較高（高于系統(tǒng)的最高溫度）的液體以確保液體保持在液相狀態(tài)。在選擇不同氟化學物質和烴類之間做出決策時需要考慮以下因素：熱傳遞性能（穩(wěn)定性和可靠性等），IT 硬件維護的便利性，液體衛(wèi)生和更換需求，材料兼容性，電氣特性，易燃或易燃性，環(huán)境影響，安全相關問題和罐或數(shù)據(jù)中心使用壽命期間的總液體成本。烴類作為冷卻液，具有不易兼容、易燃、相對粘稠、易蒸發(fā)等缺陷。烴類（例如礦物油，合成油和天然油）主要由氫和碳組成，但它們也可能含有氮和/或氧。這些材料容易溶解烴基聚合物，因此它們不太可能與粘合劑，彈性體和熱界面材料兼容。此外，大多數(shù)烴類可燃和/或易燃。因此，對于許多應用，特別是在雙相浸沒冷卻中，烴類可能對安全和基礎設施構成不可接受的風險。具有足夠高沸點和閃點的烴類流體可以用于某些單相應用，但它們的缺點是相對粘稠（尤其是在低溫下），且從容易從硬件中蒸發(fā)出來。

目前，芳香族物質、硅酸酯類（25R）、脂肪族化合物、有機硅及氟碳化合物等都被嘗試應用于直接接觸冷卻。由于氟碳類化合物具有合適的介電常數(shù)、比熱容、穩(wěn)定性及安全性，是最為常見的和受歡迎的電子設備液體冷卻劑之一。

氟化液具有良好導熱性、電絕緣、化學惰性，適用于浸沒液冷系統(tǒng)。氟化液是一種熱穩(wěn)定全氟液體，由于氟化液的化學惰性，所以可以用于單相或者兩相的冷卻液，用于超級計算機系統(tǒng)和軍用的敏感電子元器件。氟碳化合物主要包含氟和碳元素，可能還包含氫，氮和/或氧。在有機化學中，碳和氟之間的鍵被稱為最強的單鍵，這就是氟碳化合物表現(xiàn)出高化學和熱穩(wěn)定性的原因。氟化冷卻劑具有化學惰性，接觸時不會腐蝕電子元件。使用后無需特殊清潔程序。同時，由于其良好的導熱性，它也被用作穩(wěn)定的冷卻劑。氟化冷卻液可廣泛實現(xiàn)物質兼容，具有良好的介電常數(shù)和強度，可實現(xiàn)電性能絕緣性，具有完備的毒性數(shù)據(jù)、完善的職業(yè)接觸指導，可用于浸沒液冷系統(tǒng)對 IT 設備進行冷卻；適用于數(shù)據(jù)中心的新建和改造，不含 nPB、HAP、三氯乙烯、全氯乙烯等受限物質以及 26 種電子設備常見的有害物質，臭氧消耗潛能值（ODP）為零。

全氟碳化合物最適合用于數(shù)據(jù)中心冷卻液，市場需求有望大幅提升。根據(jù)碳氟化合物的組成成分和結構不同，可再分為氯氟烴（CFC）、氫代氯氟烴（HCFC）、氫氟烴（HFC）、全氟碳化合物（PFC）、氫氟醚（HFE）等種類。目前 CFC 種類已全球淘汰；HFC 在 20 世紀 90 年代被開發(fā)出，用于替代氫氯氟碳（HCFC）和其他破壞臭氧層的物質，部分 HFC（如 HFC-365mfc）可被用于溶劑清洗應用，雖然其不破壞臭氧層，但全球變暖潛能值（GWP）較高。全氟碳化合物（PFC）包含全氟烷烴、全氟胺、全氟聚醚（PFPE）等類型，在沸點和介電常數(shù)方面的特性較為適合半導體設備冷卻場景，但也有溫室效應影響；氫氟醚（HFE）的溫室效應影響較小，對臭氧層無破壞，但通常具有較高的介電常數(shù)，和印制線路板微帶線或連接件直接接觸時對信號傳輸影響較大。綜合來看，全氟碳化合物是目前更適合用于數(shù)據(jù)中心液冷系統(tǒng)的冷卻液，隨著數(shù)據(jù)中心的加速建設，氟碳冷卻液市場需求有望大幅提升。

電子氟化液主要被國外壟斷。在半導體制造過程中，為了在更小的工藝尺寸下獲得精確的加工能力，在芯片生產的一些環(huán)節(jié)需要使用冷卻劑精確控制溫度。由于半導體生產線通常是不間斷運轉，常通過電子級氟化液來進行恒溫冷卻，以保障穩(wěn)定運行。電子氟化液是半導體蝕刻工藝中晶圓表面控溫的關鍵供應鏈原料，其生產技術難度大，品質要求苛刻。目前電子氟化液主要被海外公司壟斷，國內企業(yè)處于加速追趕狀態(tài)，全球僅有美國 3M、索爾維等少數(shù)企業(yè)能提供電子氟化液的冷卻方案。

3M 冷卻液主要分為兩大類：1）以 3M? Fluorinert?電子流體命名的全氟碳化合物（PFCs）；2）以 3M? Novec? 工程流體命名的氫氟醚（HFEs）。其中，有一些型號適用于浸沒式冷卻，包括： 1）PFCs：型號為 FC-3283、FC-40、FC-43、FC-3284、FC-72 和 FC-70 的 3M? Fluorinert?電子流體 2）HFEs：型號為 7000、7100、7200、7300、7500、7700 的 3M? Novec?的工程流體。

1）3M? Fluorinert?電子流體用于浸沒式冷卻

3M? Fluorinert?電子流體為全氟碳化合物（PFCs），主要由碳和氟組成，但可能還含有氮和/或氧。這些流體無色、無味、非油基和無腐蝕性，具有寬廣的操作溫度范圍、低毒性、出色的熱/化學穩(wěn)定性以及優(yōu)異的介電性能，可用于單相或兩相浸沒冷卻系統(tǒng)。它們由于其極低的介電常數(shù)和高介電強度而非常適合數(shù)據(jù)中心浸沒式冷卻。

2）3M? Novec? 工程流體用于浸沒式冷卻

3M? Novec?工程流體主要用于熱傳遞，包括兩種類型的氟化學品：氟酮類（FK）和氫氟醚（HFE）。 3M 目前建議使用 HFE Novec 流體進行數(shù)據(jù)中心液體冷卻應用。Novec 液體是非油基的，毒性低，無腐蝕性，具有良好的材料兼容性和熱穩(wěn)定性。Novec HFE 液體具有低全球變暖潛勢（GWP）和零臭氧消耗潛勢（ODP），為數(shù)據(jù)中心提供了一種創(chuàng)新和可持續(xù)的解決方案，可用于單相或雙相數(shù)據(jù)中心液冷（直接散熱和浸沒散熱）應用。 Novec 液體和 Fluorinert 液體均沒有閉杯閃點，因此它們在 GHS下不被分類為易燃液體。這為許多傳熱應用，包括浸沒式冷卻提供了額外的安全元素。與具有高閃點的碳氫化合物不同，Novec 液體和 Fluorinert 液體在廣泛溫度范圍內都表現(xiàn)出低粘度，并且能夠從任何表面干凈蒸發(fā)。Novec 液體和 Fluorinert 液體具有不同的分子結構，但表現(xiàn)出類似的性質，如非臭氧破壞、低毒性和低溶解度。 3M 退出市場，國內冷卻液生產商迎來新的發(fā)展機遇。2022 年 12 月 20 日，因環(huán)保原因和原材料問題，美國 3M 宣布將退出全氟烷基和多氟烷基物質（PFAS）的生產，并努力在 2025 年底前停止在其產品組合中使用 PFAS，預計將對全球半導體冷卻液市場產生重大影響，同時為國內企業(yè)加速追趕提供新的發(fā)展機遇。