У данашње време, топлота коју производи густа електронска опрема је скупа потрошња ресурса. Да би систем био на одговарајућој температури за оптималне рачунарске перформансе, расхладни систем у Сједињеним Државама троши толико енергије и воде као и сви становници Филаделфије. Сада, интеграцијом канала за хлађење течности директно у полупроводнички чип, истраживачи се надају да ће барем смањити овај губитак у електронској опреми за напајање, чинећи га мањим, нижим трошковима и мањом потрошњом енергије.
Традиционално, електронски уређаји и системи за управљање топлотом се пројектују и производе одвојено, каже Елисон Матиоли, професор електротехнике на Технолошком институту Ецоле у Лозани, Швајцарска. Ово доноси фундаменталну препреку за побољшање ефикасности хлађења, јер топлота мора прећи релативно велику удаљеност у више материјала да би се уклонила. На пример, у данашњим процесорима компаније [ГГ] #39; сифони за термалне материјале преносе топлоту из чипа до масивног бакарног хладњака са ваздушним хлађењем.
Да би добили енергетски ефикасније решење, Матиоли и његове колеге развили су јефтин процес који ставља 3Д мрежу микрофлуидних расхладних канала директно у полупроводнички чип. Течност може уклонити топлоту боље од ваздуха. Идеја је да се микрометар расхладне течности држи даље од жаришта чипа.
Али за разлику од претходно пријављене технологије микрофлуидног хлађења, он је рекао: „Ми од почетка дизајнирамо електронске уређаје и системе за хлађење. Због тога се микроканал налази испод активне површине сваког транзисторског уређаја, где је његова температура највиша, што повећава перформансе хлађења за 50 пута. Они су пријавили свој заједнички концепт дизајна у недавном [ГГ] "Натуре [ГГ" куот; часопис.
Истраживачи су предложили технологију хлађења микро канала још 1981. године, а старт-уп компаније попут Цоолиги-а такође су пратиле концепт процесора. Међутим, индустрија полуводича прелази са равних уређаја на тродимензионалне и креће се према будућим чиповима са вишеслојном структуром, што расхладне канале чини непрактичним. [ГГ] "Ова врста уграђеног решења за хлађење није погодна за савремене процесоре и чипове, као што су ЦПУ, [ГГ] куот; рекао је Тивеи Веи, који проучава решења за електронско хлађење у Интеруниверзитетском центру за микроелектронику и КУ Луувен у Белгији. [ГГ] куот; Напротив, ова врста расхладне технологије има највише смисла за енергетску електронику, [ГГ] куот; рекао је.
Електрична кола за напајање управљају и претварају електричну енергију, која се широко користи у областима као што су рачунари, податковни центри, соларни панели и електрична возила. Користили су дискретне уређаје велике површине направљене од полупроводника широког појаса, попут галијевог нитрида. Густина снаге ових уређаја је нагло порасла у последњих неколико година, што значи да морају бити [ГГ] куот; повезани са великим хладњаком, [ГГ] куот; Рекао је Матоли.
Недавно су се електронски модули за напајање окренули течном хлађењу, било путем хладних плоча или микроканалних система за хлађење. Међутим, до данас су сви микроканални расхладни системи произведени одвојено, а затим су комбиновани са чиповима. Везни слој повећава отпорност на топлоту, а канал и уређај кола нису блиско поравнати.
[ГГ] куот; Прешли смо на следећи ниво, [ГГ] куот; Матоли је рекао, производњом опреме и расхладних канала у истом чипу. Они су урезали пукотине широке микрона у слоју галијум-нитрида премазаном на силиконској подлози. Прорез је дугачак 30μм и дубок 115μм. Користећи посебну технологију нагризања гасом, они повећавају јаз на силиконској подлози формирајући канал кроз који пролази течна расхладна течност.
Затим су истраживачи користили бакар да запечате мале отворе у слоју галијум -нитрида и на њему произведене уређаје. Рекао је: "[ГГ]" "Ми имамо само микроканале у малим деловима плоче, а ти микроканали су у контакту са сваким транзисторима. Ово чини ову технологију ефикаснијом јер можемо извући много топлоте из околине, али пумпање које користимо Снага је врло мала. [ГГ] куот;
Као демонстрација, истраживачи су направили АЦ-ДЦ исправљачко коло састављено од четири Сцхоттки диоде. Свака диода може да поднесе 1,2кВ. Овакво коло обично захтева хладњак величине шаке. Али чип кола интегрисан са системом за течно хлађење монтиран је на штампану плочу величине УСБ флеш диска. Плоча се састоји од три слоја са угравираним каналима за испоруку расхладне течности у чип.
Екран приказује да се врућа места са густином снаге већом од 1700 В/цм² могу хладити са само 0,57 В/цм² пумпне снаге. У поређењу са претходно пријављеним хлађењем микрофлуидног канала, перформансе су побољшане 50 пута.
Веи је рекао, [ГГ] "Поузданост галијевог нитридног филма и бакарног заптивног слоја треба проучавати током времена. Али ово иновативно решење за хлађење корак је ка [ГГ] јефтином, ултра компактном и енергетски штедљивом систему за хлађење енергије. [ГГ] куот; Велики корак напред. [ГГ] куот;