W dzisiejszych czasach ciepło wytwarzane przez gęsty sprzęt elektroniczny jest kosztownym zużyciem zasobów. Aby utrzymać system w odpowiedniej temperaturze zapewniającej optymalną wydajność obliczeniową, system chłodzenia w Stanach Zjednoczonych zużywa tyle samo energii i wody, co wszyscy mieszkańcy Filadelfii. Teraz, poprzez zintegrowanie kanału chłodzącego cieczą bezpośrednio z chipem półprzewodnikowym, naukowcy mają nadzieję przynajmniej zmniejszyć straty w sprzęcie energoelektronicznym, czyniąc go mniejszym, niższym kosztem i mniejszym zużyciem energii.
Tradycyjnie urządzenia elektroniczne i systemy zarządzania ciepłem są projektowane i produkowane oddzielnie, mówi Elison Matioli, profesor elektrotechniki w Ecole Institute of Technology w Lozannie w Szwajcarii. Stanowi to podstawową przeszkodę w poprawie wydajności chłodzenia, ponieważ ciepło musi przebyć stosunkowo dużą odległość w wielu materiałach, które mają zostać usunięte. Na przykład w dzisiejszych procesorach', syfony z materiału termicznego przenoszą ciepło z chipa do nieporęcznego, chłodzonego powietrzem miedzianego radiatora.
Aby uzyskać bardziej energooszczędne rozwiązanie, Matioli i jego koledzy opracowali tani proces, w którym trójwymiarowa sieć mikroprzepływowych kanałów chłodzących jest umieszczana bezpośrednio w chipie półprzewodnikowym. Ciecz może lepiej odprowadzać ciepło niż powietrze. Pomysł polega na utrzymywaniu mikrometru chłodziwa z dala od gorących punktów chipa.
Ale w przeciwieństwie do wcześniej opisywanej technologii chłodzenia mikroprzepływowego powiedział:"Projektujemy urządzenia elektroniczne i systemy chłodzenia od początku." Dlatego mikrokanał znajduje się poniżej obszaru aktywnego każdego urządzenia tranzystorowego, gdzie jego temperatura jest najwyższa, co zwiększa wydajność chłodzenia 50-krotnie. Zgłosili wspólną koncepcję projektową w ostatnim"Nature" czasopismo.
Naukowcy zaproponowali technologię mikrokanałowego chłodzenia już w 1981 roku, a start-upy, takie jak Cooligy, również realizują koncepcję procesorów. Jednak przemysł półprzewodników odchodzi od urządzeń płaskich na rzecz urządzeń trójwymiarowych i zmierza w kierunku przyszłych układów scalonych o strukturze wielowarstwowej, co sprawia, że kanały chłodzące są niepraktyczne."Ten rodzaj wbudowanego rozwiązania chłodzącego nie jest odpowiedni dla nowoczesnych procesorów i układów scalonych, takich jak procesory," powiedział Tiwei Wei, który bada elektroniczne rozwiązania chłodzące w Międzyuczelnianym Centrum Mikroelektroniki i KU Luuven w Belgii."Wręcz przeciwnie, ten rodzaj chłodzenia ma największy sens dla energoelektroniki," powiedział.
Obwody energoelektroniczne zarządzają i przetwarzają energię elektryczną, która jest szeroko stosowana w dziedzinach takich jak komputery, centra danych, panele słoneczne i pojazdy elektryczne. Wykorzystali wielkopowierzchniowe dyskretne urządzenia wykonane z półprzewodników o szerokiej przerwie wzbronionej, takich jak azotek galu. Gęstość mocy tych urządzeń gwałtownie wzrosła w ciągu ostatnich kilku lat, co oznacza, że muszą być&„podpięte do ogromnego radiatora," powiedział Matoli.
Ostatnio moduły energoelektroniczne przeszły na chłodzenie cieczą, czy to poprzez zimne płyty, czy też mikrokanałowe systemy chłodzenia. Jednak do tej pory wszystkie mikrokanałowe systemy chłodzenia były produkowane osobno, a następnie łączone z chipami. Warstwa spajająca zwiększa odporność na ciepło, a kanał i urządzenie obwodu nie są ściśle wyrównane.
GG quot;Przenieśliśmy to na wyższy poziom," Matoli powiedział, produkując sprzęt i kanały chłodzące w tym samym chipie. Wytrawili mikronowe pęknięcia w warstwie azotku galu na podłożu krzemowym. Szczelina ma 30 μm długości i 115 μm głębokości. Wykorzystując specjalną technologię trawienia gazowego, poszerzają szczelinę na podłożu krzemowym, tworząc kanał, przez który przepływa płynny czynnik chłodzący.
Następnie naukowcy wykorzystali miedź do uszczelnienia maleńkich otworów w warstwie azotku galu i wyprodukowali na niej urządzenia. Powiedział:"Mamy mikrokanały tylko w maleńkich obszarach wafla, a te mikrokanały mają kontakt z każdym tranzystorem. To sprawia, że ta technologia jest bardziej efektywna, ponieważ możemy pobierać dużo ciepła z otoczenia, ale pompowanie, którego używamy Moc jest bardzo mała."
W ramach demonstracji naukowcy wykonali obwód prostownika AC-DC składający się z czterech diod Schottky'ego, z których każda może wytrzymać napięcie 1,2 kV, taki obwód zwykle wymaga radiatora wielkości pięści. Jednak układ scalony zintegrowany z układem chłodzenia cieczą jest zamontowany na płytce drukowanej wielkości pendrive'a. Płytka drukowana składa się z trzech warstw z wygrawerowanymi kanałami, które dostarczają płyn chłodzący do chipa.
Wyświetlacz pokazuje, że gorące punkty o gęstości mocy przekraczającej 1700 W/cm² można schłodzić przy mocy pompowania zaledwie 0,57 W/cm². W porównaniu z wcześniej opisywanym chłodzeniem mikroprzepływowym, wydajność jest wyższa 50-krotnie.
Wei powiedział,&„Niezawodność warstwy azotku galu i miedzianej warstwy uszczelniającej powinny być badane w czasie. Ale to innowacyjne rozwiązanie chłodzenia jest krokiem w kierunku taniego, ultrakompaktowego i energooszczędnego elektronicznego systemu chłodzenia GG." Duży krok naprzód."
Jeśli jesteś zainteresowany naszymi produktami, odwiedźwww.hkram.comaby uzyskać więcej informacji.