В даний час тепло, що генерується щільним електронним обладнанням, є дорогим споживанням ресурсів. Для того, щоб підтримувати систему при правильній температурі для оптимальної обчислювальної продуктивності, система охолодження в США споживає стільки енергії і води, скільки всі жителі Філадельфії. Тепер, інтегруючи рідкий канал охолодження безпосередньо в напівпровідник, дослідники сподіваються принаймні зменшити цю втрату в енергетичному електронному обладнанні, зробивши його меншим, меншою вартістю і меншим споживанням енергії.
Традиційно електронні прилади і системи термоменеджменту розроблені і виготовлені окремо, говорить Елісон Матіолі, професор електротехніки в Інституті технологій Ecole в Лозанні, Швейцарія. Це є фундаментальною перешкодою для підвищення ефективності охолодження, оскільки тепло повинно долати відносно довгу відстань в декількох матеріалах, які потрібно видалити. Наприклад, в сучасних процесорах сифони з термоматеріалу передають тепло від чіпа до громіздкої мідної теплоізольної раковини з повітряним охолодженням.
Для отримання більш енергоефективного рішення Матіолі і його колеги розробили недорогий процес, який поміщає 3D-мережу мікрофлуїдичних каналів охолодження безпосередньо в напівпровідникову мікросхему. Рідина може видаляти тепло краще, ніж повітря. Ідея полягає в тому, щоб тримати мікрометр теплоносія подалі від гарячих точок чіпа.
Але на відміну від раніше повідомленої технології мікрофлуїдичного охолодження, він сказав: «Ми розробляємо електронні пристрої і системи охолодження з самого початку». Тому мікроканель розташований нижче активної області кожного транзисторного пристрою, де його температура Найвища, що підвищує продуктивність охолодження в 50 разів. Вони повідомили про свою спільну концепцію дизайну в недавньому журналі "Nature".
Дослідники запропонували технологію мікрокалорійного охолодження ще в 1981 році, і стартап-компанії, такі як Cooligy, також переслідують концепцію процесорів. Однак напівпровідникова промисловість переходить від планарних пристроїв до тривимірних, і рухається в бік майбутніх мікросхем з багатошарових конструкцій, що робить канали охолодження недоцільними. «Цей вид вбудованого охолоджувального рішення не підходить для сучасних процесорів і мікросхем, таких як процесори», - сказав Тівей Вей, який вивчає електронні рішення охолодження в Центрі мікроелектроніки Interuniversity і KU Luuven в Бельгії. «Навпаки, така технологія охолодження має найбільший сенс для силової електроніки», - сказав він.
Електричні схеми живлення керують і перетворюють електричну енергію, яка широко використовується в таких областях, як комп'ютери, центри обробки даних, сонячні панелі та електромобілі. Вони використовували дискретні пристрої великої площі з ширококутних напівпровідників, таких як нітрид галію. Щільність потужності цих пристроїв різко зросла за останні кілька років, а це означає, що їх необхідно «зачепити величезною тепловою раковиною», сказав Матолі.
Останнім часом силові електронні модулі перетворилися на рідке охолодження, будь то через холодні пластини або мікрокалорійні системи охолодження. Однак на сьогоднішній день всі мікрокалорійні системи охолодження були виготовлені окремо, а потім об'єднані з чіпами. Склеювальний шар підвищує термостійкість, а канал і ланцюговий пристрій не тісно вирівняні.
«Ми вивозимо його на новий рівень, - сказав Матолі, виготовляючи обладнання та канали охолодження в тому ж чіпі. Вони протравили тріщини в шарі нітриду галію, покритому кремнієвим субстратом. Проріз має 30 мкм в довгому і 115 мкм в глибину. Використовуючи спеціальну технологію травлення газу, вони розширювають зазор на кремнієвій підкладці, утворюючи канал, через який проходить рідкий теплоносій.
Потім дослідники використовували мідь для герметизації крихітних отворів в шарі нітридів галію і сфабрикованих пристроїв на ньому. Він сказав: «У нас є тільки мікроканелі в крихітних ділянках вафель, і ці мікроканелі мають контакт з кожним транзистором. Це робить цю технологію більш ефективною, тому що ми можемо витягти багато тепла з сусідніх, але насос, який ми використовуємо Потужність дуже мала".
В якості демонстрації дослідники зробили випрямляч змінного струму, що складається з чотирьох діодів Schottky, кожен діод може обробляти напругу 1,2 кВ, така схема, як це зазвичай вимагає кулачної теплової раковини. Але контурна мікросхема, інтегрована з системою рідинного охолодження, монтується на друковану плату розміром з USB флешку. Плата складається з трьох шарів з викарбуваними на борту каналами для доставки охолоджуючої рідини в чіп.
На дисплеї видно, що гарячі точки з щільністю потужності понад 1700 Вт/см² можна охолоджувати лише на 0,57 Вт/см² насосної потужності. У порівнянні з раніше повідомленим мікрофлуїдичним охолодженням каналу, продуктивність поліпшується в 50 разів.
Вей сказав: "Надійність нітридної плівки галію і шару ущільнення міді повинна вивчатися з плином часу. Але це інноваційне рішення охолодження є кроком до «недорогої, ультра-компактної та енергозберігаючої електронної системи охолодження». Великий крок вперед".
Якщо ви зацікавлені в нашій продукції, будь ласка, відвідайтеwww.hkram.comщоб мати додаткову інформацію.