Данас је топлота из густе електронике скуп ресурс. Да би систем одржао одговарајућу температуру за оптималне рачунарске перформансе, систем за хлађење америчког центра података троши онолико енергије и воде колико и сви становници Филаделфије. Сада, интегришући канале за хлађење течности директно у полупроводничке чипове, истраживачи се надају да ће смањити овај губитак барем у енергетској електроници, чинећи их мањим, јефтинијим и мање енергетски интензивним.
Традиционално, електронски уређаји и системи за управљање топлотом су дизајнирани и произведени одвојено, каже Елисон Матиоли, професор електротехнике на Ецоле Политецхникуе у Лозани, Швајцарска. Ово представља темељну препреку побољшаној ефикасности хлађења, јер топлота мора прећи релативно велике удаљености по више материјала пре него што се уклони. У данашњим процесорима компаније [ГГ] #39; на пример, сифони врелог материјала преносе топлоту из чипа на гломазна, ваздушно хлађена бакарна пераја.
За енергетски ефикасније решење, Матиоли и његове колеге развили су јефтин процес који ставља 3Д мрежу микрофлуидних расхладних канала директно у полупроводнички чип. Течност уклања топлоту боље од ваздуха, а идеја је да се микрометар расхладне течности држи даље од жаришта на чипу.
Али за разлику од претходно пријављених микрофлуидних хлађења, рекао је, [ГГ] куот; Ми дизајнирамо електронику и систем хлађења од почетка. [ГГ] куот; Тако се микроканал налази непосредно испод активног подручја сваког транзисторског уређаја, где је на највишој температури, што повећава перформансе хлађења за фактор 50. Они су известили свој заједнички концепт дизајна у недавном издању Натуре.
Истраживачи су предложили технологију хлађења микроканала још 1981. године, а стартупови попут Цоолигија годинама су слиједили идеју о процесорима. Али индустрија полупроводника прелази са равних уређаја на тродимензионалне уређаје и према будућим чиповима са вишеслојном структуром, чинећи расхладне канале непрактичним. [ГГ] куот; Ово уграђено решење за хлађење није погодно за савремене процесоре и чипове као што су цпус, [ГГ] куот; рекао је ТивеиВеи, који истражује решења за електронско хлађење у Интеруниверзитетском центру за микроелектронику и КУ Луувен у Белгији. [ГГ] куот; Уместо тога, ова технологија хлађења има највише смисла за енергетску електронику, [ГГ] куот; рекао је.
Енергетска електронска кола управљају и претварају електричну енергију и широко се користе у рачунарима, центрима података, соларним панелима и електричним возилима. Користили су дискретне уређаје велике површине направљене од полупроводника широког појаса, попут галијевог нитрида. Густина снаге ових уређаја је у последњих неколико година нагло порасла, што значи да морају бити [ГГ] куот; прикључени на џиновски радијатор, [ГГ] куот; Рекао је Матоли.
У новије време, модули енергетске електронике прешли су на течно хлађење, било путем хладних плоча или система за хлађење микроканала. Али, до сада су сви микроканални расхладни системи произведени одвојено, а затим су комбиновани са чипом. Везни слој додаје отпорност на топлоту, канали и опрема кола нису чврсто поравнати.
[ГГ] куот; Прешли смо на следећи ниво, [ГГ] куот; Каже Матоли, правећи уређаје и расхладне канале у истом чипу. Они су урезали пукотине широке микроне у слоју галијевог нитрида премазаног на силиконској подлози. Дужина прореза 30μм, дубока 115μм. Користећи посебне технике нагризања гасом, они проширују празнине у силиконској подлози формирајући канале кроз које пролази течна расхладна течност.
Истраживачи су затим користили бакар за затварање малих отвора у слојевима галијевог нитрида и на њима изградили уређаје. [ГГ] "Ми имамо само микроканале у малим деловима плочице који су у контакту са сваким транзистором, [ГГ"; рекао је. Ово чини технологију много ефикаснијом јер можемо извући много топлоте из околине, али снага пумпања коју користимо је врло мала. [ГГ] куот;
Као демонстрација, истраживачи су изградили АЦ-ДЦ исправљачко коло које се састоји од четири Сцхоттки диоде, од којих свака може да поднесе напон од 1,2 кВ. Такви кругови обично захтевају радијатор величине шаке. Али чип кола са системом за течно хлађење монтиран је на штампану плочу величине УСБ флеш диска. Плоча се састоји од три слоја са каналима урезаним за испоруку расхладне течности до чипа.
Екран приказује да се вруће тачке са густином снаге већом од 1.700 вати по квадратном центиметру могу хладити користећи само 0,57 вати по квадратном центиметру снаге пумпе. Ово је 50 пута побољшање перформанси у односу на претходно пријављено хлађење микрофлуидног канала.
[ГГ] "Поузданост галијум -нитридних филмова и бакарних заптивача треба проучавати током времена. Али ово иновативно решење за хлађење велики је корак ка јефтином, ултра компактном и енергетски ефикасном систему хлађења електронике.