【开放数据中心委员会】2025年浸没式冷却液关键电性参数标定方法研究报告_54页_5mb

报告摘要

浸没式冷却液关键电性参数标定方法研究总结

随着数据中心XPU芯片功耗持续上升，传统空气冷却已无法满足散热需求，浸没式液冷因高效性成为主流选择。但现有行业标准（如工频测试方法）主要针对低频场景，无法适配高速信号传输需求。本文提出基于微带线的间接标定方法，重点解决浸没液冷环境下关键电性参数（相对电容率DK、介质损耗因数DF）的准确测量问题。

研究背景与意义
浸没式液冷分为单相和两相应用。单相冷却液（如烃类、氟化液）与两相冷却液（如低沸点氟化液）在热传递机制和电气特性上存在差异。冷却液的DK/DF数值直接影响IT设备的电气行为，例如传输线的阻抗和插损。准确标定这些参数是评估液冷环境对系统性能影响的前提，对推动液冷技术普及具有重要意义。

现有测试方法的不足
目前主流测试方法包括：

工频测试法（GB/T5654-2007和GB/T21216-2007）：通过电桥或方波测量获取DK/DF，但仅适用于工频段，无法覆盖高频（如几十GHz）。
是德N1501A方法：基于同轴探头测量复介电常数，适用于液体和固体，但对DF测量范围有限（建议DF≥0.05），无法满足浸没液冷主流DF值（通常低于0.01）的检测需求。
因此，亟需一种能覆盖宽频段且适用于高频信号的标定方法。

微带线标定法的提出与实施
微带线标定法通过对比测量工具板在空气和液体环境下的插损特性，结合仿真拟合反推液体的DK/DF数值。其核心流程如下：

工具板设计：
- 采用厚度≥3mm的CCL材料（如广东生益科技Synamic8GX），以适应油类冷却液的高粘度特性。
- 优化单点阻抗，通过调整GND孔圈层、信号-地孔间距等参数，使整板阻抗控制在±7%以内，SMA连接器区域优化至±5%。
- 分离设计表层和底层传输线，通过不同线宽和介厚验证液体对电气特性的影响。
测试系统构建：
- 使用PNA矢量网络分析仪、同轴电缆及测试夹具，完成插损和相位测量。
- 通过切片量测系统获取物理结构数据，结合金相显微镜和工业CT技术分析介质层特性。
仿真拟合方法：
- 采用HFSS+optiSLang软件组合，建立三维电磁场模型并设置优化目标，通过调整DK/DF参数使仿真曲线与实测曲线高度吻合。
- 通过灵敏度分析减少参数空间，提高拟合效率。