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證券研究報(bào)告基礎(chǔ)化工2025年09月14日液冷行業(yè)深度報(bào)告:數(shù)據(jù)中心帶動(dòng)液冷需求增長,關(guān)注上游核心冷媒材料——系列報(bào)告之一評(píng)級(jí):推薦(維持)相關(guān)報(bào)告最近一年走勢(shì)《基礎(chǔ)化工行業(yè)周報(bào):反內(nèi)卷有望重估化工行業(yè),亨利港天然氣、丙烯酸甲酯價(jià)格上漲(推薦)*基礎(chǔ)化工*李永磊,董伯駿,仲逸涵》——2025-09-0159%基礎(chǔ)化工滬深300《基礎(chǔ)化工行業(yè)周報(bào):環(huán)氧丙烷、TDI價(jià)格上漲,反內(nèi)卷有望帶動(dòng)化工景氣反轉(zhuǎn)(推薦)*基礎(chǔ)化工*李永磊,董伯駿,仲逸涵》——2025-08-0446%33%20%7%《基礎(chǔ)化工行業(yè)周報(bào):丁酮、TDI價(jià)格上漲,美國取消對(duì)華乙烷出口限制(推薦)*基礎(chǔ)化工*李永磊,董伯駿》——2025-07-07-5%2024/09/13
2024/12/12
2025/03/12
2025/06/10
2025/09/08滬深300表現(xiàn)表現(xiàn)1M3M12M基礎(chǔ)化工滬深3006.2%9.1%17.4%16.2%51.0%42.5%2重點(diǎn)關(guān)注公司及盈利預(yù)測(cè)2025/09/12EPSPE重點(diǎn)公司代碼股票名稱投資評(píng)級(jí)股價(jià)20242025E2026E20242025E2026E300037.SZ600160.SH600623.SH600378.SH603379.SH002648.SZ603181.SH605020.SH688035.SH300727.SZ600673.SH688181.SH新宙邦47.3037.298.761.260.730.430.951.281.81.541.920.481.253.782.030.851.340.970.820.440.972.062.440.629.7133.0416.2830.3329.9810.4416.4730.3453.6544.9990.7457.7630.7119.4218.2524.3315.119.8122.9615.2814.6019.6212.237.38買入買入巨化股份華誼集團(tuán)昊華科技三美股份衛(wèi)星化學(xué)皇馬科技永和股份德邦科技潤禾材料東陽光買入30.4157.1019.9217.0627.7051.8641.9623.6837.521.554.672.7買入買入買入0.70.971.711.381.170.561.2420.0720.6753.4651.1753.8238.6817.5916.2037.5835.8642.2930.26買入0.670.690.750.120.57買入買入未評(píng)級(jí)未評(píng)級(jí)未評(píng)級(jí)八億時(shí)空資料:Wind,國海證券研究所(備注:未評(píng)級(jí)公司盈利預(yù)測(cè)來自Wind一致預(yù)期)核心提要u
本篇報(bào)告主要分析了以下問題:1)數(shù)據(jù)中心液冷技術(shù)發(fā)展背景;2)當(dāng)前數(shù)據(jù)中心冷卻液分類,冷板式及浸沒式的應(yīng)用場(chǎng)景及優(yōu)缺點(diǎn);3)冷板式、浸沒式兩種方案使用冷媒的區(qū)別及合成方法、技術(shù)前沿。u
AI數(shù)據(jù)中心需求增長,數(shù)據(jù)中心液冷受兩大因素推動(dòng)。據(jù)Semianalysis,2024年全球AI智算中心裝機(jī)容量為7GW,預(yù)計(jì)至2028年有望進(jìn)一步增長。數(shù)據(jù)中心液冷受兩大因素推動(dòng):1)高散熱:進(jìn)一步多核化提升性能的空間有限,增加功率成為重要選擇,隨著芯片功率密度提升,高散熱訴求擴(kuò)大,風(fēng)冷已經(jīng)不能滿足當(dāng)下散熱需求;2)高耗電:數(shù)據(jù)中心為高耗電行業(yè),冷卻系統(tǒng)約占數(shù)據(jù)中心總能耗的40%,因此制冷耗電是影響PUE值的關(guān)鍵。u
冷卻介質(zhì)的選擇:目前冷板式液冷和浸沒式液冷為數(shù)據(jù)中心兩大主流液冷方案。ü
1)冷板式:根據(jù)冷卻介質(zhì)在冷卻構(gòu)成中是否發(fā)生汽化,可以將冷板式進(jìn)一步分為單相和相變兩類,其中單相冷板式冷卻介質(zhì)主要為去離子水,相變冷板式主要以氟化物為主(包括制冷劑)。傳統(tǒng)單相冷板式液冷通常只覆蓋CPU、GPU等個(gè)別高功耗芯片。隨著芯片功耗加大,業(yè)內(nèi)已經(jīng)開始布局相變式液冷技術(shù)。與單相間接式液體冷卻相比,雙相間接式液體冷卻溫度梯度小,傳熱速率更快。重點(diǎn)推薦:昊華科技、巨化股份、三美股份。ü
2)浸沒式:浸沒式冷卻液主要分為合成油和氟化液兩大類。①合成油:合成油主要包括碳?xì)浜铣捎秃陀袡C(jī)硅油。碳?xì)浜铣捎椭校料N(PAO)基礎(chǔ)油具有良好的低溫性能(傾點(diǎn)和粘性)、低揮發(fā)和較高的熱穩(wěn)定性。重點(diǎn)推薦:衛(wèi)星化學(xué)。硅油耐高溫、具備良好的絕緣性,但早期其流動(dòng)性不足,可能造成局部過熱風(fēng)險(xiǎn),當(dāng)前硅油綜合性能逐步優(yōu)化,F(xiàn)OM1(冷卻液綜合性能)滿足數(shù)據(jù)中心冷卻要求。重點(diǎn)推薦:有機(jī)硅油改性聚醚生產(chǎn)商:皇馬科技;建議關(guān)注:潤禾材料;②氟化液:氟化液由于化學(xué)穩(wěn)定性高、介電常數(shù)低、流動(dòng)性好,是數(shù)據(jù)中心浸沒式冷卻的理想冷媒之一,氟化液主要包括全氟烴、全氟烯烴、全氟胺、全氟聚醚等。重點(diǎn)推薦:新宙邦、巨化股份、華誼集團(tuán)、永和股份;建議關(guān)注:八億時(shí)空(及建議關(guān)注未上市公司:浙江諾亞、天津長蘆)。u
散熱組件:重點(diǎn)推薦:德邦科技。u
行業(yè)評(píng)級(jí):數(shù)據(jù)中心帶動(dòng)液冷需求增長,關(guān)注上游核心冷媒材料,首次覆蓋,給予“推薦”評(píng)級(jí)。u
風(fēng)險(xiǎn)提示:數(shù)據(jù)中心裝機(jī)量不及預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)、政策風(fēng)險(xiǎn)、重點(diǎn)關(guān)注公司業(yè)績不及預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)、產(chǎn)品價(jià)格大幅波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)、新增產(chǎn)能建設(shè)不及預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)測(cè)算與實(shí)際情況存在一定偏差風(fēng)險(xiǎn)。4目錄q數(shù)據(jù)中心高散熱+高耗電,液冷材料需求增長q冷板式液冷:雙相冷板式潛力可期q浸沒式液冷:合成油性價(jià)比優(yōu)勢(shì)突出q浸沒式液冷:氟化液有望成為數(shù)據(jù)中心終極冷媒q盈利預(yù)測(cè)與投資評(píng)級(jí)q風(fēng)險(xiǎn)提示51.1進(jìn)一步多核化提升性能的空間有限,增加功率成為重要選擇芯片制造與冷卻經(jīng)歷了三個(gè)階段:?
第一階段(2000-2010年),通過增加設(shè)備功率提升性能;?
第二階段(2010-2018年),芯片制造商通過多核結(jié)構(gòu)來提升性能;?
第三階段
(2018-至今),多核的優(yōu)勢(shì)逐漸減弱,增加功率成為提升性能的重要選擇。圖表:風(fēng)冷與液冷覆蓋CPU功率范圍圖表:不同時(shí)期芯片冷卻難度資料:美國采暖,制冷與空調(diào)工程學(xué)會(huì)1.2芯片功率密度提升,高散熱訴求擴(kuò)大?
算力的持續(xù)增加促進(jìn)通信設(shè)備性能不斷提升,市場(chǎng)主流芯片功耗和熱流密度也在持續(xù)攀升,CPU
散熱設(shè)計(jì)功耗已達(dá)350~500W。AI
技術(shù)快速發(fā)展推動(dòng)
GPU需求增長,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。目前H100/H200等芯片設(shè)計(jì)功耗已達(dá)700W,B200功耗達(dá)1000W,GB200功耗達(dá)到2700W。?
伴隨著智算中心芯片功耗的提升,其自身的散熱功耗也在不斷攀升,智算中心中單機(jī)柜的熱密度大幅度的快速提升。整機(jī)柜功率密度的提升對(duì)機(jī)房制冷技術(shù)提出了更高的要求。傳統(tǒng)風(fēng)冷系統(tǒng)受數(shù)據(jù)中心建筑面積與單位運(yùn)營成本等因素的影響散熱上限一般為20kW/柜,越來越難以為繼。液冷技術(shù)采用液體替代空氣作為冷卻介質(zhì),將液體直接或間接接觸發(fā)熱器件,可使散熱效率大幅提升,能夠有效滿足單點(diǎn)、整機(jī)柜、機(jī)房的高散熱需求。圖表:不同芯片架構(gòu)對(duì)應(yīng)參數(shù)表圖表:機(jī)柜功率密度與制冷方式芯片A100H100H20H200GH200B100
B200BlackwellGB200架構(gòu)
AmpereHopper顯存
80GB
80GB
96GB
141GB
96/141GB
192GB
192GB
192/384GB功耗
400W
700W
400W
700W
1000W
700W
1000W
2700W資料
:TrendForce,EETCHINA,《數(shù)據(jù)中心液冷散熱技術(shù)及應(yīng)用》嚴(yán)勁等,國海證券研究所1.3數(shù)據(jù)中心為高耗電行業(yè),制冷耗電是影響PUE值的關(guān)鍵?
據(jù)國際能源署(IEA),2024年,數(shù)據(jù)中心約占全球電力消耗的1.5%,約為415太瓦時(shí)(TWh)。2024年,美國在全球數(shù)據(jù)中心電力消耗中所占份額最大(占比45%),其次是中國(占比25%)和歐洲(占比15%),預(yù)計(jì)到2030年,數(shù)據(jù)中心的電力消耗預(yù)計(jì)將增加一倍以上,達(dá)到約945太瓦時(shí)(TWh),約等于當(dāng)前日本的總用電量。?
在數(shù)據(jù)中心耗電總量中,有40%用于服務(wù)器冷卻,服務(wù)器運(yùn)行產(chǎn)生的熱量可能導(dǎo)致服務(wù)器過熱,威脅服務(wù)器的安全運(yùn)行。
實(shí)踐表明,數(shù)據(jù)中心服務(wù)器溫度每升高10℃
,
設(shè)備可靠性和壽命就會(huì)降低50%。圖表:數(shù)據(jù)中心能耗結(jié)構(gòu)圖圖表:傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心、加密貨幣、AI數(shù)據(jù)中心的能耗估計(jì)值資料:Semianalysis,《中國數(shù)據(jù)中心冷卻技術(shù)年度發(fā)展研究報(bào)告》,華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院,國海證券研究所1.4預(yù)計(jì)2028年AI智算中心裝機(jī)容量有望進(jìn)一步增長?
據(jù)Semianalysis,2024年全球AI智算中心裝機(jī)容量為7GW,預(yù)計(jì)至2028年有望進(jìn)一步增長。圖表:2022-2028年全球數(shù)據(jù)中心裝機(jī)容量資料:Semianalysis1.5數(shù)據(jù)中心多級(jí)能效管理圖表:數(shù)據(jù)中心多級(jí)能效管理系統(tǒng)服務(wù)器級(jí)芯片級(jí)房間級(jí)機(jī)柜級(jí)行間級(jí)資料
:《AReviewonefficientthermalmanagementofair-andliquid-cooleddatacenters:Fromchiptothecooling》AliHabibiKhalaj和SamanK.Halgamuge,《數(shù)據(jù)中心高效綠色冷卻技術(shù)》韓文鋒等,國海證券研究所1.6數(shù)據(jù)中心液冷技術(shù)分類及產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)中心液冷技術(shù)噴淋式液冷技術(shù)冷板式液冷技術(shù)浸沒式液冷技術(shù)一般高密度數(shù)據(jù)中心超高密度數(shù)據(jù)中心單相浸沒式液冷技術(shù)相變浸沒式液冷技術(shù)噴淋式液冷技術(shù)通過改造IT設(shè)備進(jìn)行部署噴淋器件,在設(shè)備運(yùn)行時(shí)針對(duì)性的冷卻發(fā)熱過高的器件通過冷板(通常是銅、鋁等高導(dǎo)熱金屬構(gòu)成的封閉腔體)將發(fā)熱元器件的熱量間接傳遞給封閉在循環(huán)管路中的冷卻液體將發(fā)熱器件完全或者部分浸沒在液體中,發(fā)熱器件與液體直接接觸并進(jìn)行熱交換的冷卻技術(shù)。根據(jù)所使用的冷卻液在冷卻電子器件的過程中是否會(huì)發(fā)生狀態(tài)改變,可將浸沒式液冷分為單相浸沒液冷和相變浸沒液冷兩類碳?xì)浠衔锢鋮s液、有機(jī)硅類化合物冷卻液、碳氟化合物冷卻液植物油等水、甲醇、丙酮、氨、含氟制冷劑等碳氟化合物冷卻液冷卻介質(zhì)巨化股份浙江諾亞新宙邦華誼集團(tuán)永和股份衛(wèi)星化學(xué)等新宙邦巨化股份東陽光華誼集團(tuán)永和股份
浙江諾亞等冷卻液廠商——昊華科技、巨化股份、三美股份等組件廠商服務(wù)器廠商專業(yè)溫控解決方案商英維克、東陽光、德邦科技等浪潮信息、超聚變、寧暢、新華三、聯(lián)想、超云、寶德、曙光數(shù)創(chuàng)、英維克、申菱環(huán)境、科華數(shù)據(jù)等、工業(yè)富聯(lián)等資料:《綠色高能效數(shù)據(jù)中心散熱冷卻技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)》陳心拓等,《數(shù)據(jù)中心浸沒液冷中冷卻液關(guān)鍵問題研究》謝麗娜等,《數(shù)據(jù)中心浸沒式液冷技術(shù)淺11析》王慧等,《液冷技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用》周婷等,IDC,科華數(shù)據(jù)官網(wǎng),新宙邦官網(wǎng),浙江諾亞官網(wǎng),各公司公告,國海證券研究所目錄q數(shù)據(jù)中心高散熱+高耗電,液冷材料需求增長q冷板式液冷:雙相冷板式潛力可期q浸沒式液冷:合成油性價(jià)比優(yōu)勢(shì)突出q浸沒式液冷:氟化液有望成為數(shù)據(jù)中心終極冷媒q盈利預(yù)測(cè)與投資評(píng)級(jí)q風(fēng)險(xiǎn)提示122.1冷板式液冷:全液冷服務(wù)器冷板關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)全液冷服務(wù)器節(jié)點(diǎn)據(jù)
《
數(shù)
據(jù)
中
心
液
冷
散
熱
技
術(shù)
及
應(yīng)
用
》
嚴(yán)
勁
等
,
傳
統(tǒng)
冷
板
式
液
冷通
常
只
覆
蓋
C
P
U
、
G
P
U
等
個(gè)
別
高
功
耗
芯
片
,
設(shè)
備
節(jié)
點(diǎn)
或
整
機(jī)柜
液
冷
占
比
通
常
在
6
0
%
~
8
0
%
之
間
,
存
在
液
冷
占
比
低
、
節(jié)
能收
益
不
顯
著
的
問
題
。
為
此
,
業(yè)
內(nèi)
已
經(jīng)
開
始
布
局
全
液
冷
冷
板
技
術(shù)
,即
通
過
液
冷
板
為
設(shè)
備
內(nèi)
的
所
有
發(fā)
熱
器
件
進(jìn)
行
散
熱
。PSU后置換熱器固態(tài)硬盤液冷方案CPU冷板模組內(nèi)存液冷設(shè)計(jì)——枕木散熱器液冷方案資料
:《全液冷冷板系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)及驗(yàn)證白皮書》,國海證券研究所液冷PCIe卡,液冷OCP3.0及IO冷板位置2.2冷板式液冷:單相間接式液冷中,去離子水為主流冷卻媒介?
英特爾&快手為了達(dá)到散熱性能、PUE、TCO的最佳平衡,采用了混合液冷方案,即只對(duì)CPU進(jìn)行水冷散熱,其他部件仍然采用風(fēng)冷散熱。組份材料特性圖例冷板合金Psi_cl<0.03℃/W&1.2lpm?
常用的冷板式冷卻介質(zhì)有乙二醇、甘油、去離子水等,其中去離子水在成本和傳熱性能方面具有明顯優(yōu)勢(shì),因此在液冷解決方案中進(jìn)一步考慮數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用場(chǎng)景,選擇去離子水作為冷卻劑,同時(shí)在冷卻劑中額外添加抑制劑,防止腐蝕和細(xì)菌滋生,影響冷板散熱效果,甚至堵塞管路導(dǎo)致解決方案失效??焖贁嚅_器
不銹鋼NominalDiameter=3mmInnerDiameter=6mmLeakagerate≥0.1mLPH=7.5~9泄漏檢測(cè)連接管合金PTFE圖表:快手的冷板服務(wù)器系統(tǒng)(下圖)及各組分(右表)冷卻液去離子水——資料
:《InvestigationonAdvancedColdPlateLiquidCoolingSolutionforLargeScaleApplicationinDataCenter》XianguangTan等,液冷與冷液公眾號(hào),國海證券研究所2.3.1冷板式液冷:雙相間接式液冷中,采用含氟制冷劑為冷卻媒介?
單相間接式液體冷卻過程中不存在汽化現(xiàn)象,相對(duì)于普通的絕緣液體和制冷劑,由于水的高沸點(diǎn)以及良好的熱性能,使其成為最具現(xiàn)實(shí)意義的冷卻媒介。然而,泄漏隱患的存在限制了以水為媒介的推廣應(yīng)用和需求。?
雙相間接式液體冷卻通過制冷劑吸收電子器件側(cè)的熱量而蒸發(fā),通過相變實(shí)現(xiàn)熱的傳遞。蒸發(fā)后的制冷劑氣體通過壓縮機(jī)壓縮冷凝再循環(huán)。由于低沸點(diǎn)的絕緣流體和制冷劑較多,因此雙相間接式液冷技術(shù)采用制冷劑種類較多。與單相間接式液體冷卻相比,雙相間接式液體冷卻溫度梯度小,傳熱速率更快。圖表:雙相間接式液冷性能資料:《數(shù)據(jù)中心高效綠色冷卻技術(shù)》韓文鋒等2.3.2含氟制冷劑冷卻液產(chǎn)業(yè)鏈圖表:R32價(jià)格及價(jià)差走勢(shì)圖表:含氟制冷劑產(chǎn)業(yè)鏈三氯甲烷二氯一氟甲烷(R22)(二代)四氯乙烯二氯甲烷五氟乙烷(R125)(三代)二氯甲烷(R23)(三代)四氯甲烷(R134a)(三代)螢石粉氫氟酸圖表:R134a價(jià)格及價(jià)差走勢(shì)三氯乙烯資料:卓創(chuàng)資訊,百川盈孚,中國化工報(bào),國海證券研究所目錄q數(shù)據(jù)中心高散熱+高耗電,液冷材料需求增長q冷板式液冷:雙相冷板式潛力可期q浸沒式液冷:合成油性價(jià)比優(yōu)勢(shì)突出q浸沒式液冷:氟化液有望成為數(shù)據(jù)中心終極冷媒q盈利預(yù)測(cè)與投資評(píng)級(jí)q風(fēng)險(xiǎn)提示173.1.1
數(shù)
據(jù)
中
心
浸
沒
式
冷
卻
液
核
心
指
標(biāo)
:
低
介
電
常
數(shù)
、
低
GWP
值
、
高
絕
緣
性
能?
由于在浸沒式液冷技術(shù)中,冷卻液與電子產(chǎn)品直接接觸,對(duì)冷卻液的絕緣性、傳熱性等性能有嚴(yán)格的要求,認(rèn)為理想的浸沒式冷卻液需滿足以下技術(shù)指標(biāo)。目前的研究經(jīng)驗(yàn)表明:介電常數(shù)、GWP
值、絕緣性能指標(biāo)等指標(biāo)難以同時(shí)滿足。圖表:理想浸沒式冷卻液的技術(shù)指標(biāo)性能要求絕緣體儲(chǔ)存電能的性能較弱,介電常數(shù)<2.5(1kHz條件下),使得高頻率電子部件和連接器浸沒在冷卻液中而不會(huì)顯著損失信號(hào)完整性絕緣體儲(chǔ)存電能的性能&介電常數(shù)絕緣性能表面張力&黏度沸點(diǎn)絕緣性能優(yōu)異,體積電阻率>1×1012?·cm,介電強(qiáng)度>24kV(2.54mmgap)低表面張力、低黏度,在最低使用溫度下液體的運(yùn)動(dòng)黏度<5×10–
5
m2
/s雙相浸沒式冷卻液的沸點(diǎn)一般為
20~100
℃;單相浸沒式冷卻液的沸點(diǎn)一般>100
℃比熱容≥0.96J/(g·K),液體導(dǎo)熱率≥0.06W/(m·K)熱傳遞性能材料相容性毒性材料相容性好,化學(xué)穩(wěn)定性高,不燃,且與電子部件接觸時(shí)不產(chǎn)生任何腐蝕急性毒性要求半致死濃度(LC50)>2000mg/kg環(huán)境友好性環(huán)境性能友好,臭氧消耗潛能(ODP)值為零,全球變暖潛能(GWP)值<250資料:《數(shù)據(jù)中心用浸沒式冷卻液的研究進(jìn)展》張呈平等,國海證券研究所3.1.2浸沒式液冷冷卻液性能及應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)比圖表:浸沒式液冷冷卻液性能及應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)比碳?xì)浼坝袡C(jī)硅類冷卻液合成烴和合成酯雜質(zhì)含量、抗氧化性、材料兼容性碳氟類冷卻液PFC(全氟烷烴、全氟聚醚)沸點(diǎn)和介電常數(shù)方面的特性較為
溫室效應(yīng)影響小,對(duì)臭氧層分類優(yōu)點(diǎn)天然礦物油成本低改性有機(jī)硅閃點(diǎn)高HFE(氫氟醚)適合半導(dǎo)體設(shè)備冷卻場(chǎng)景無破壞通常具有較高的介電常數(shù),和PCB微帶線火連接件直接接觸時(shí)對(duì)信號(hào)傳輸影響較大流動(dòng)困難、水解和氧化沉積影響接觸性缺點(diǎn)增強(qiáng)酸性和污染物閃電低溫室效應(yīng)永和股份、新宙邦、華誼集團(tuán)、巨化股份、浙江諾亞、天津長蘆、八億時(shí)空、永和股份國內(nèi)國外中石化、中石油、衛(wèi)星化學(xué)潤禾材料陶氏、瓦克30-150代表廠商初始成本運(yùn)營成本殼牌(荷蘭)、??松梨冢绹退狗颍ǖ聡?M(美國)、蘇威(意大利)價(jià)格區(qū)間(元/升)5-2020-100500-2000150-800蒸發(fā)量相對(duì)較低,蒸發(fā)損失相應(yīng)較小,但因粘度更高,更換設(shè)備時(shí)附著在設(shè)備上的拖帶
常更具揮發(fā)性,蒸發(fā)損失相對(duì)較高,因此對(duì)液冷系統(tǒng)密封要求較高,但其粘度較低,更換設(shè)備時(shí)拖帶損失較小。1)增補(bǔ)液體損失也更多。礦物油等天然油由于雜質(zhì)較2)更換液體
多,保質(zhì)壽命通常在5年以下合成油使用壽命最高可以達(dá)到10年碳氟類冷卻液則可以遠(yuǎn)超20年適用于對(duì)成本敏感的應(yīng)用場(chǎng)景,如一般的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器冷卻,特別是不涉及極端熱密度或特殊環(huán)境條件的場(chǎng)合。其成本優(yōu)勢(shì)明顯,但在使用中難以避免分解氧化,會(huì)造成酸性增強(qiáng)和污染物產(chǎn)生,影響冷卻液特性甚至導(dǎo)致冷卻器件的腐蝕。適用于需要電氣安全性和化適用于需要長期穩(wěn)定性能和寬溫操作的應(yīng)用中,如高性能計(jì)算中心和長時(shí)間運(yùn)行的工業(yè)控制系統(tǒng)。其雜質(zhì)含量、抗氧化性、材料兼容性與礦物油相比有較大改善。學(xué)穩(wěn)定性的環(huán)境中,如精密電子設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室設(shè)備。但需要注意對(duì)極端狀態(tài)的控制及對(duì)分解產(chǎn)物的毒性影響,配置相應(yīng)監(jiān)控和液體過濾措施。一般應(yīng)用于追求環(huán)保和安全適用于極端條件下需要極佳的化學(xué)穩(wěn)定性和熱性能的高端應(yīng)用,如最尖端的軍事、航空和高性能計(jì)算領(lǐng)域。性的應(yīng)用中,如數(shù)據(jù)中心浸沒式冷卻系統(tǒng)、電子電氣、醫(yī)療衛(wèi)生、高性能計(jì)算設(shè)施和敏感的電子設(shè)備冷卻。適用場(chǎng)景19資料:《數(shù)據(jù)中心浸沒液冷中冷卻液關(guān)鍵問題研究》謝麗娜等,新基建產(chǎn)業(yè)研究公眾號(hào),證券時(shí)報(bào),金融界,Wind,巨化股份公司公告,國海證券研究所3.2.1改性有機(jī)硅油:硅油耐高溫、具備良好的絕緣性?
硅油冷卻液因其高熱穩(wěn)定性和低粘度,在浸沒式液冷技術(shù)中表現(xiàn)出色,能夠有效降低設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量,提升冷卻效率,并確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。此外,硅油冷卻液具有環(huán)保安全的特點(diǎn),無毒無味,對(duì)環(huán)境友好。圖表:Si-O鍵鍵能較大圖表:陶氏數(shù)據(jù)中心用硅油圖表:風(fēng)冷服務(wù)器與油浸服務(wù)器組件比較共價(jià)鍵C-C鍵能
kJ/mol347414C-HC-NC-ClC-F293331485C-OSi-SiSi-CSi-HSi-NSi-ClSi-F351177290292.9435358.6541Si-O443.5資料:膠我選公眾號(hào),陶氏官網(wǎng),《數(shù)據(jù)中心服務(wù)器浸沒式液冷技術(shù)研究進(jìn)展》潘永莉等,國海證券研究所3.2.2改性有機(jī)硅油:普通硅油流動(dòng)性不足造成局部過熱圖表:服務(wù)器浸沒式冷卻方案圖表:不同冷卻介質(zhì)冷卻效果對(duì)比氟化物備注:此處氟化液為3M全氟胺硅油豆油硅油局部過熱風(fēng)險(xiǎn)備注:共計(jì)6個(gè)服務(wù)器單元,每個(gè)服務(wù)器單元包含4個(gè)服務(wù)器,最終包含48個(gè)CPU資料:《Liquidimmersioncoolingtechnologywithnaturalconvectionindatacenter》MoritoMatsuoka等,國海證券研究所3.2.3改性有機(jī)硅油:當(dāng)前綜合性能逐步優(yōu)化圖表:瓦克一二代浸沒式硅油產(chǎn)品核心參數(shù)動(dòng)態(tài)粘度密度熱導(dǎo)率(W/mK)比熱容(J/kgK)沸點(diǎn)(℃)閃點(diǎn)(℃)擊穿電壓(KV)產(chǎn)品牌號(hào)介電常數(shù)2.55(20℃,NS/m2)
(20℃,g/ml)POWERSIL@
TR50HELISOL5ASLM280164050.960.920.150.1250.1430.1531550175023131930>300>200369>240145>50>50>50>50一代產(chǎn)品二代產(chǎn)品9.80.8540.8681.89-2.002.1194SLM2801420.56>300216ü
第一代產(chǎn)品用于英特爾替代氟化物測(cè)試,測(cè)試環(huán)節(jié)要求介電常數(shù)不高于2.3;ü
第二代產(chǎn)品具備低粘度、高閃點(diǎn)、介電性能優(yōu)越、高比熱容等優(yōu)點(diǎn)圖表:氟化物與硅油FOM1對(duì)比圖表:潤禾材料硅油冷卻液核心參數(shù)FOM1(品質(zhì)因素1)6050403020100?
FOM1值越高,具備越好的綜合換熱性能;?
FOM1=35,3代IntelXeon服務(wù)器可用,達(dá)到成本和性能的平衡?
FOM1=45,兼顧下一代服務(wù)器的需求氟化物1氟化物2SLM28014SLM28016資料:膠我選公眾號(hào),潤禾材料公眾號(hào),國海證券研究所3.2.4改性有機(jī)硅油冷卻液產(chǎn)業(yè)鏈乙烯丙烯環(huán)氧乙烷有機(jī)硅改性聚醚環(huán)氧丙烷硅塊鹽酸金屬硅氯甲烷二甲基二氯硅烷環(huán)體氯硅烷改性有機(jī)硅油甲醇草甘膦圖表:二甲基硅油(PDMS)結(jié)構(gòu)式資料:瓦克官網(wǎng),卓創(chuàng)資訊,皇馬科技公司公告,國海證券研究所3.3碳?xì)浠衔锖铣捎停害料N具有良好的低溫性能?
當(dāng)前普遍使用的油類冷卻液具有高粘度和低膨脹率的特點(diǎn),這使得它們無法滿足高性能芯片功耗增長的需求。α烯烴(PAO)基礎(chǔ)油具有良好的低溫性能(傾點(diǎn)和粘性)、低揮發(fā)和較高的熱穩(wěn)定性。為了支持更大功耗的芯片演進(jìn),新華三集團(tuán)聯(lián)合英特爾打造了“G-Flow”方案,旨在解決油類單相浸沒技術(shù)所面臨的技術(shù)難題。冷卻液采用的是??松梨谧钚卵邪l(fā)的無PFAS浸沒式冷卻液(某種碳?xì)浜铣捎停?,相較于傳統(tǒng)的氟化液更為環(huán)保的同時(shí),其使用成本也有可觀的下降。國內(nèi)方面,衛(wèi)星化學(xué)正著力研發(fā)基于碳?xì)浠衔锏慕]式液冷冷卻液,以科技創(chuàng)新推動(dòng)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。圖表:英特爾專利技術(shù)G-Flow單相浸沒液冷圖表:??松梨谟皖惱鋮s液圖表:中石油DC-SCL系列浸沒式服務(wù)器冷卻液方案資料:新浪財(cái)經(jīng),IT之家,英特爾中國公眾號(hào),國海證券研究所目錄q數(shù)據(jù)中心高散熱+高耗電,液冷材料需求增長q冷板式液冷:雙相冷板式潛力可期q浸沒式液冷:合成油性價(jià)比優(yōu)勢(shì)突出q浸沒式液冷:氟化液有望成為數(shù)據(jù)中心終極冷媒q盈利預(yù)測(cè)與投資評(píng)級(jí)q風(fēng)險(xiǎn)提示254.1
浸
沒
式
氟
冷
液
:
主
要
包
括
全
氟
烴
、
全
氟
烯
烴
、
全
氟
胺
、
全
氟
聚
醚圖表:現(xiàn)有浸沒式冷卻液的物化性質(zhì)的比較?
浸沒式冷卻液可根據(jù)分子結(jié)構(gòu)特性分為以下
4
種:氫氟飽和化合物(氫氟烴、氫氟醚)、氫氟不飽和化合物(氫氟烯烴、不飽和氫氟醚)、全氟飽和化合物(全氟烷烴、全氟胺、全氟聚醚)和全氟不飽和化合物(全氟烯烴、全氟烯基胺、全氟烯基醚)。?
我們列舉了介電常數(shù)、GWP值、合成難度在內(nèi)的三個(gè)關(guān)鍵指標(biāo),這三個(gè)指標(biāo)難以同時(shí)滿足,其中,介電常數(shù)高代表該種化學(xué)品極化能力較強(qiáng),容易使浸沒其中的高頻電子部件和連接器的信號(hào)完整性受損,在實(shí)際應(yīng)用受到較大限制,我們篩選出幾種低介電常數(shù)且易于合成的氟化液,包括:全氟烴、全氟烯烴、全氟胺、全氟聚醚。(備注:用藍(lán)色色塊標(biāo)注低介電常數(shù)且相對(duì)易于合成的產(chǎn)品)資料:《數(shù)據(jù)中心用浸沒式冷卻液的研究進(jìn)展》張呈平等,國海證券研究所4.2.1全氟胺&全氟烷烴:數(shù)據(jù)中心理想冷媒圖表:全氟胺和全氟烴的物化性能比較全氟胺全氟烴?
全氟胺具有很低的傾點(diǎn),運(yùn)動(dòng)黏度很小,說明全氟胺流動(dòng)性能良好;其介電常數(shù)很低,均<2,而介電強(qiáng)度很大,≥40kV(2.54mm
gap),且體積電阻率較大,均≥1×1015?·cm,表明全氟胺的絕緣性能優(yōu)異。FC-40、FC-43、FC-70
和
FC-3283等鏈狀全氟胺,其蒸發(fā)潛熱約為
70
J/g,當(dāng)引入含氧雜環(huán)結(jié)構(gòu)后,如FC-3284,其蒸發(fā)潛熱得到明顯改善,提升至
105
J/g。FC系列的全氟胺比熱容較大,且液體導(dǎo)熱率也較高,表明
FC
系列的全氟胺的熱傳遞性能優(yōu)異。
其中,F(xiàn)C-40、FC-43、FC-70
和FC-3283
的沸點(diǎn)均≥128
℃,主要用于單相浸沒式液冷;而
FC-3284的沸點(diǎn)為
50
℃,用于雙相浸沒式液冷。
全氟胺具有電絕緣性能高、熱傳遞性能好的優(yōu)點(diǎn),但其
GWP
值過高,一般>5000,屬于高溫室物質(zhì),不符合綠色環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)。資料:《數(shù)據(jù)中心用浸沒式冷卻液的研究進(jìn)展》張呈平等,國海證券研究所4.2.2
全氟胺&全氟烷烴:主流合成路線為電解法,國內(nèi)化學(xué)合成法取得進(jìn)展?
全氟烷基和多氟烷基物質(zhì)
(PFAS)
是一種合成化學(xué)品,定義為“含有至少一個(gè)完全氟化的甲基或亞甲基碳原子(無任何氫/氯/溴/碘原子附于其上)的氟化物質(zhì),即除了少數(shù)明顯的例外情況,任何含有至少一個(gè)全氟甲基
(–CF
)
或全氟亞甲基
(–CF
–)
的化學(xué)品都32是
PFAS。?
全氟烷烴和全氟胺主流合成方法為電解法。目前全氟烷烴的合成,主要分為電化學(xué)氟化法和化學(xué)合成法。電化學(xué)氟化法可分成直接合成法和間接合成法,其中直接合成法是通過電解對(duì)烷烴直接氟化得到全氟產(chǎn)物;間接法則是利用電解法先將有機(jī)原料電解氟化使其轉(zhuǎn)化為全氟化合物再通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變成全氟烷烴。圖表:全氟烷烴及全氟胺合成路線直接電解氟化法三正丙胺電解氟化全氟三丙胺(全氟胺)間接電解合成法無水氟化氫脫羧基全氟酸電解氟化全氟烷烴全氟磺酸烷烴脫磺酸基用氮?dú)庀♂尩姆鷼馊〈舛喾蚁┤馔榛瘜W(xué)合成法法資料:《全氟烷烴制備方法的探討與應(yīng)用》張喜軍等、《全氟三丙胺的制備工藝研究》王恩仁等,國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局,國海證券研究所4.2.3全氟胺&全氟烷烴:電解法合成路線存在顯著技術(shù)瓶頸?
據(jù)國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局,全氟烷烴及全氟胺電解法合成路線存在顯著技術(shù)瓶頸。1)收率低:全氟胺的制備通常采用電氟化技術(shù),但現(xiàn)有技術(shù)中所用的低沸點(diǎn)碳類化合物與胺類化合物在反應(yīng)過程中的選擇性較低,往往生成多種副產(chǎn)物,導(dǎo)致目標(biāo)產(chǎn)物的收率下降。2)設(shè)備腐蝕問題突出:由于電氟化反應(yīng)中使用了強(qiáng)腐蝕性的無水氟化氫,常規(guī)反應(yīng)設(shè)備的耐腐蝕性能不足,影響了工藝的穩(wěn)定性和安全性。3)后處理過程復(fù)雜,成本高昂:電氟化反應(yīng)后所得混合物通常含有氟化氫、未反應(yīng)的原料以及復(fù)雜的副產(chǎn)物。現(xiàn)有技術(shù)多采用多步萃取或精餾進(jìn)行分離和提純,不僅過程復(fù)雜,還導(dǎo)致能耗增加,影響了工業(yè)化生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。?
近年來,國內(nèi)企業(yè)在化學(xué)合成法方面取得一定進(jìn)展。例如,浙江諾亞將六氟丙烯二聚體、六氟丙烯三聚體等含氟烯烴化合物氣化后高溫下與氟氮?dú)庠诖呋瘎┳饔孟轮苯臃苽淙闊N化合物,反應(yīng)時(shí)間短,反應(yīng)效率高,實(shí)驗(yàn)操作安全簡單,且易于工業(yè)化?;瘜W(xué)合成法雖然較電解法在設(shè)備腐蝕、后處理方面存在一定優(yōu)勢(shì),但是環(huán)境和安全問題仍然存在,即無水氟化氫的處理和副產(chǎn)物的處置存在較大風(fēng)險(xiǎn),易引發(fā)環(huán)境污染和安全事故,這對(duì)生產(chǎn)工藝的綠色化和安全化提出了更高要求。此外,化學(xué)合成法在工業(yè)化放大生產(chǎn)中是否能維持穩(wěn)定的高收率收率仍然需要長期觀察。294.2.4全氟胺&全氟烷烴:3M氟化液價(jià)格區(qū)間為60-70萬元/噸?
京儀裝備氟化液主要向明尼蘇達(dá)礦業(yè)制造(上海)(系3M公司中國子公司)和上海凱曦(系3M公司在中國境內(nèi)的主要代理商之一)采購。2019至2021年京儀裝備采購氟化液價(jià)格基本穩(wěn)定在30-40萬元/噸,2022年度由于氟化液材料供應(yīng)趨于緊張,氟化液材料價(jià)格大幅上升,2023年H1,公司采購價(jià)格為約66萬元/噸。圖表:京儀裝備向3M采購氟化液(FC型號(hào))價(jià)格備注:
2022
年,京儀裝備氟化液供應(yīng)商包括明尼蘇達(dá)礦業(yè)制造(上海)、上海凱曦、供應(yīng)商
A,其中
3M
占比
90%
。資料:京儀裝備招股書,國海證券研究所4.2.5全氟胺&全氟烷烴:PFAS中C-F鍵鍵能大、難以降解?
PFAS的降解取決于C—C鍵和C—F鍵的斷裂。當(dāng)前電化學(xué)氧化法、光催化降解法和過硫酸鹽活化法這3種技術(shù)去除
PFAS各有優(yōu)缺點(diǎn),其中:1)電化學(xué)氧化法:綠色環(huán)保,反應(yīng)條件溫和,能夠?qū)崿F(xiàn)
PFAS
的完全礦化,但選擇性差,電極材料的穩(wěn)定性不能保證;2)光催化降解法:直接利用太陽能,展現(xiàn)出優(yōu)良的礦化效果,但反應(yīng)條件嚴(yán)苛、反應(yīng)速率較慢;3)而過硫酸鹽活化法活化法去除效果好、實(shí)際應(yīng)用性強(qiáng),但短鏈中間體難降解,脫氟效果較差。?
受環(huán)保法規(guī)限制,3M將于2025年退出PFAS生產(chǎn)?;诟鲊鴮?duì)于PFAS法規(guī)日趨嚴(yán)格,且3M比利時(shí)工廠在2022年時(shí)因環(huán)保問題勒令停業(yè)及今后相關(guān)制品所產(chǎn)生的法律賠償金額過于龐大不足以繼續(xù)經(jīng)營此項(xiàng)業(yè)務(wù),2022年12月20日,3M官方發(fā)布公告,公司將在2025年底之前退出生產(chǎn)含氟聚合物、氟化液和基于全氟和多氟烷基物質(zhì)(PFAS)的添加劑產(chǎn)品業(yè)務(wù)。此前,3M制造的PFAS年凈銷售額約為13億美元,約占3M總收入的4%,EBITDA利潤率約為16%,在此過渡期中3M仍持續(xù)履行當(dāng)前的合約義務(wù)。圖表:不同PFAS去除技術(shù)對(duì)比(左)和PFAS示意圖(右)資料:《全氟和多氟烷基物質(zhì)化學(xué)降解機(jī)制與研究進(jìn)展》李軼等,HAVEP官網(wǎng),國海證券研究所4.3.1全氟聚醚:替代傳統(tǒng)氟碳化合物的理想材料之一?
全氟聚醚(PFPE)是由碳、氧、氟三種元素組成的長鏈聚合物。全氟聚醚為PFAS有效替代產(chǎn)品:1)相比于烴類聚醚化合物,氟元素全部取代了烴類化合物中的氫元素,得力于氟原子極強(qiáng)的電負(fù)性,碳氟鍵能比碳?xì)滏I能更高,全氟聚醚分子中碳氟鍵對(duì)于碳碳鍵以及碳氧鍵的屏蔽作用導(dǎo)致全氟聚醚具有極佳的化學(xué)穩(wěn)定性、抗氧化性及抗腐蝕性。2)與常規(guī)氟碳材料相比,全氟聚醚中由于引入了氧元素,醚鍵結(jié)構(gòu)比碳碳結(jié)構(gòu)有更好的生物可降解性,毒性低,因此其成為替代傳統(tǒng)氟碳化合物的理想材料。圖表:全氟聚醚的物化性能資料:《數(shù)據(jù)中心用浸沒式冷卻液的研究進(jìn)展》張呈平等4.3.2全氟聚醚:按合成方法分為四類,K型為主流路線?
全氟聚醚是一種高分子聚合物,常溫下為油狀液體,具有熱穩(wěn)定性高、化學(xué)惰性優(yōu)異、液體溫度范圍寬、揮發(fā)性低、潤滑性顯著以及不燃等特點(diǎn),依據(jù)全氟聚醚的分子結(jié)構(gòu),可分為K型、Y型、Z型和D型。全氟聚醚的主要合成工藝路線分為兩種:光氧化法和陰離子聚合法,其中1)光氧化法:Z型和Y型全氟聚醚分別是以四氟乙烯和六氟乙烯為單體在紫外光和氧氣作用下聚合形成的長直鏈聚合物;2)陰離子聚合法:K
型和D型分別是以六氟環(huán)氧丙烷和四氟氧雜環(huán)丁烷通過陰離子聚合法制備的一類具有支鏈結(jié)構(gòu)的高分子化合物。?
全氟聚醚的合成工藝早期主要掌握在國外化工公司,K
型
和
D
型全氟聚醚主要商品有美國杜邦公司生產(chǎn)的
Krytox
系列產(chǎn)品和日本大金生產(chǎn)的Demnum
品牌,Y
型和
Z
型全氟聚醚主要商品有蘇威公司生產(chǎn)的
Fomblin
系列。全氟聚醚(Z型)具有雙官能度以及獨(dú)特的直鏈結(jié)構(gòu),有廣泛的應(yīng)用,但由于光氧化合成工藝的危險(xiǎn)性,國外只有少數(shù)企業(yè)掌握其技術(shù),國內(nèi)基本上沒有成功案例。圖表:全氟聚醚合成過程全氟烯烴光催化氧化法全氟聚醚(Z型)螢石粉氫氟酸R22四氟乙烯六氟丙烯全氟聚醚(Y型)全氟環(huán)氧化物陰離子聚合法三氯甲烷六氟環(huán)氧丙烷全氟聚醚(K型)四氟氧雜環(huán)丁烷全氟聚醚(D型)全氟聚醚資料
:百川盈孚,《全氟聚醚的研究進(jìn)展及其應(yīng)用》王棒棒等,中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《全氟聚醚(K型)浸沒式冷卻液》編制說明(征求意見稿),國海證券研究所4.3.3全氟聚醚:按合成方法分為四類,K型為主流路線?
2022年全球全氟聚醚產(chǎn)能達(dá)到約9213噸、產(chǎn)能利用率約65.1%。截至2024年6月,國外全氟聚醚生產(chǎn)企業(yè)大約15~20家,合計(jì)產(chǎn)能約為7050噸/年,國內(nèi)研制起步雖然較晚,但也有約10家企業(yè)實(shí)現(xiàn)了全氟聚醚類產(chǎn)品規(guī)?;a(chǎn),總產(chǎn)能達(dá)4000噸/年以上,其中K型全氟聚醚產(chǎn)能占比約54%左右,是國內(nèi)主流類型。圖表:全氟聚醚合成方法及結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)類型K型合成方法聚合單體分子結(jié)構(gòu)六氟環(huán)氧丙烷(HFPO)全氟環(huán)氧化物陰離子聚合法四氟氧雜環(huán)丁烷(TFO)D型Y型Z型六氟丙烯(HFP)全氟烯烴光催化氧化法四氟乙烯(TFE)資料
:中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《全氟聚醚(K型)浸沒式冷卻液》編制說明(征求意見稿),《全氟聚醚的研究進(jìn)展及其應(yīng)用》王棒棒等,國海證券研究所344.3.4全氟聚醚:分子量對(duì)性能影響較大?
全氟聚醚的兩大類生產(chǎn)技術(shù)中,四氟乙烯或六氟丙烯的光氧化聚合技術(shù)成本較低,但是工藝復(fù)雜且危險(xiǎn)性高,全氟氧化物的陰離子聚合法流程簡單且相對(duì)安全,應(yīng)用更為廣泛,也是目前國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的主流方法。但是其反應(yīng)條件,如原料純度、反應(yīng)溫度和物料粘度對(duì)原料轉(zhuǎn)化率、聚合物產(chǎn)物的平均分子量均有影響。?
全氟聚醚分子量對(duì)性能影響較大,可根據(jù)應(yīng)用工況的需求,分級(jí)出不同分子量范圍的專用品,如電子清洗劑、冷卻液、氣相焊接液、真空泵油、潤滑油等。在全氟聚醚的合成過程中,有不同分子量大小的全氟聚醚生成,分子量越高,其粘度越大。根據(jù)全氟聚醚分子量區(qū)間,我們將其分為三大類:1)平均分子量小于2500的全氟聚醚:由于該分子量區(qū)間的全氟聚醚具有較低的粘度,可用作冷卻液;2)高分子>7000的全氟聚醚可以在航空領(lǐng)域用作高溫潤滑油等;3)而分子量在2500-7000的全氟聚醚的應(yīng)用市場(chǎng)較小,需通過催化裂解技術(shù)實(shí)現(xiàn)分子鏈斷裂,進(jìn)而獲得適用冷卻液的合適分子量的全氟聚醚。因此,合成產(chǎn)率高、分子量分布范圍窄的全氟聚醚仍然存在較高壁壘。在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中,原料加入量大,且工業(yè)級(jí)原料純度不高,六氟環(huán)氧丙烷中存在微量水分、HF等雜質(zhì),溶劑和催化劑中也含有微量的水分,水分是影響聚合反應(yīng)的關(guān)鍵因素,會(huì)降低產(chǎn)物的聚合度甚至導(dǎo)致聚合反應(yīng)中止,即使對(duì)上述原料進(jìn)行除雜、干燥,仍然無法實(shí)現(xiàn)百分百的純度,而且除雜過程中很容易引入新的雜質(zhì),導(dǎo)致全氟聚醚的分子量更加分散,產(chǎn)率低等問題。圖表:全氟聚醚產(chǎn)品實(shí)物圖圖表:根據(jù)分子量范圍將全氟聚醚分級(jí)出不同的專用品資料:國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局,天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)管理委員會(huì),國海證券研究所4.4全氟烯烴:六氟丙烯二聚體、三聚體?
盡管全氟烴、全氟胺、全氟聚醚等全氟化合物的介電常數(shù)很低,從技術(shù)指標(biāo)層面上,可滿足理想浸=沒式冷卻液的要求。但是上述化合物的
GWP
值一般>5000,具有強(qiáng)溫室效應(yīng)。因此,在全氟化合物中引入
C==C
結(jié)構(gòu)或環(huán)結(jié)構(gòu),成為改善其環(huán)境性能的主要策略。?
六氟丙烯二聚體、三聚體是較為理想的浸沒式冷卻液,其中:1)六氟丙烯二聚體的沸點(diǎn)較適中,傾點(diǎn)很低,比熱容較高,載熱能力較強(qiáng),介電常數(shù)較低,擊穿電壓較高,具有很好的電絕緣性能,液體導(dǎo)熱率較高,熱傳遞性能良好;2)六氟丙烯三聚體具有較低的介電常數(shù),較高的介電強(qiáng)度和體積電阻率,其絕緣性較優(yōu),而且其
GWP
值較低,環(huán)境性能較優(yōu)異,且毒性很小,此外其傾點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)黏度較低,表明其流動(dòng)性良好。圖表:六氟丙烯三聚體及物化性能圖表:六氟丙烯二聚體及物化性能資料:《數(shù)據(jù)中心用浸沒式冷卻液的研究進(jìn)展》張呈平等4.5.1氫氟醚:介電常數(shù)較高,主要用于半導(dǎo)體清洗?
氫氟醚
(hydrofluoroethers,HFEs),具有低可燃性、高揮發(fā)性、低表面張力、低毒性、低導(dǎo)熱系數(shù)和穩(wěn)定性好等特點(diǎn),目前主要用于對(duì)介電常數(shù)要求不是很嚴(yán)苛的領(lǐng)域,例如半導(dǎo)體清洗及干燥。半導(dǎo)體脫水干燥工藝中,氫氟醚被用作IPA(異丙醇)溶劑的替代品。?
IPA因表面張力大,使用IPA的結(jié)構(gòu)在干燥后有坍塌發(fā)生,此外由于IPA的閃點(diǎn)比較低(12℃),蒸汽易燃易爆,在N2中IPA的含量必須少于2%,才能達(dá)到無閃點(diǎn)條件;脫水干燥后,會(huì)發(fā)現(xiàn)IPA殘留在晶圓表面,在后續(xù)高溫工藝中,IPA會(huì)導(dǎo)致Si-C鍵形成,影響氧化層薄膜的穩(wěn)定性。因此對(duì)于先進(jìn)制程,這種工藝卻存在局限性,在光刻過程中,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)光阻會(huì)溶解于IPA中,不需要蝕刻的地方被蝕刻掉,即使很輕微,也會(huì)使雜質(zhì)顆粒增加,甚至使整個(gè)器件失效。圖表:六氟丙烯二聚體及IPA物化性能圖表:3M晶圓干燥方案資料:3M電子材料解決方案中心公眾號(hào)4.5.2
氫氟醚:作為全氟聚醚冷卻液輔助組份之一,提升冷卻液綜合性能?
氫氟醚具有介電強(qiáng)度較高、熱傳遞性能好、GWP
值較低的優(yōu)點(diǎn),但是大多數(shù)氫氟醚存在介電常數(shù)較高(遠(yuǎn)大于2.5,主要系分子極性較大)、體積電阻率較低的缺陷。?
當(dāng)前氫氟醚可用于全氟聚醚冷卻液的輔助組分之一,用于提升冷卻液整體性能。例如在全氟聚醚中添加全氟胺、多支化助劑和氫氟醚作為輔助組分,多組分進(jìn)行協(xié)同作用,既解決了全氟聚醚類液冷劑在長期的使用中發(fā)生酸化而不穩(wěn)定的問題,又解決了其導(dǎo)熱過程中容易產(chǎn)生氣泡而使流動(dòng)性變差的問題,從而具有良好的體系相容性、穩(wěn)定的低酸性、突出的兼容性以及優(yōu)良的流動(dòng)性。圖表:氫氟醚物化性質(zhì)資料:《數(shù)據(jù)中心用浸沒式冷卻液的研究進(jìn)展》張呈平等,國海證券研究所目錄q數(shù)據(jù)中心高散熱+高耗電,液冷材料需求增長q冷板式液冷:雙相冷板式潛力可期q浸沒式液冷:合成油性價(jià)比優(yōu)勢(shì)突出q浸沒式液冷:氟化液有望成為數(shù)據(jù)中心終極冷媒q盈利預(yù)測(cè)與投資評(píng)級(jí)q風(fēng)險(xiǎn)提示39重點(diǎn)關(guān)注公司及盈利預(yù)測(cè)uAI數(shù)據(jù)中心需求增長,數(shù)據(jù)中心液冷受兩大因素推動(dòng)。據(jù)Semianalysis,2024年全球AI智算中心裝機(jī)容量為7GW,預(yù)計(jì)至2028年有望進(jìn)一步增長。數(shù)據(jù)中心液冷受兩大因素推動(dòng):1)高散熱:進(jìn)一步多核化提升性能的空間有限,增加功率成為重要選擇,隨著芯片功率密度提升,高散熱訴求擴(kuò)大,風(fēng)冷已經(jīng)不能滿足當(dāng)下散熱需求;2)高耗電:數(shù)據(jù)中心為高耗電行業(yè),冷卻系統(tǒng)約占數(shù)據(jù)中心總能耗的40%,因此制冷耗電是影響PUE值的關(guān)鍵。uü冷卻介質(zhì)的選擇:目前冷板式液冷和浸沒式液冷為數(shù)據(jù)中心兩大主流液冷方案。1)冷板式:根據(jù)冷卻介質(zhì)在冷卻構(gòu)成中是否發(fā)生汽化,可以將冷板式進(jìn)一步
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