V dnešnej dobe je teplo generované hustým elektronickým zariadením drahou spotrebou zdrojov. Aby bol systém udržiavaný na správnej teplote pre optimálny výpočtový výkon, spotrebuje chladiaci systém v USA toľko energie a vody ako všetci obyvatelia Philadelphie. Teraz integrovaním kanála pre chladenie kvapaliny priamo do polovodičového čipu vedci dúfajú, že túto stratu výkonového elektronického zariadenia aspoň znížia, čím sa znížia, znížia náklady a zníži spotreba energie.
Elektronické zariadenia a systémy tepelného manažmentu sa tradične navrhujú a vyrábajú osobitne, hovorí Elison Matioli, profesorka elektrotechniky na Ecole Institute of Technology vo švajčiarskom Lausanne. To prináša zásadnú prekážku pre zlepšenie účinnosti chladenia, pretože teplo musí prekonávať relatívne veľkú vzdialenosť vo viacerých materiáloch, ktoré sa majú odvádzať. Napríklad v dnešných procesoroch&# 39 sifóny tepelného materiálu prenášajú teplo z čipu do objemného medeného chladiča chladeného vzduchom.
S cieľom získať energeticky efektívnejšie riešenie vyvinuli Matioli a jeho kolegovia nízkonákladový proces, ktorý vkladá 3D sieť mikrofluidných chladiacich kanálov priamo do polovodičového čipu. Kvapalina dokáže lepšie odvádzať teplo ako vzduch. Ide o to, aby sa mikrometer chladiacej kvapaliny udržiaval mimo horúcich miest čipu.
Ale na rozdiel od predtým uvádzanej technológie mikrofluidného chladenia, povedal:" Elektronické zariadenia a chladiace systémy navrhujeme od začiatku." Preto je mikrokanál umiestnený pod aktívnou oblasťou každého tranzistorového zariadenia, kde je jeho teplota najvyššia, čo zvyšuje výkon chladenia až 50-krát. Ohlásili svoj spoločný dizajnový koncept v nedávnom&„Nature GG“; časopis.
Vedci navrhli technológiu chladenia pomocou mikrokanálov už v roku 1981 a koncepciu procesorov presadzujú aj začínajúce spoločnosti ako Cooligy. Polovodičový priemysel sa však posúva od planárnych zariadení k trojrozmerným a smeruje k budúcim čipom s viacvrstvovými štruktúrami, čo robí chladiace kanály nepraktickými.&"; Tento druh zabudovaného chladiaceho riešenia nie je vhodný pre moderné procesory a čipy, ako sú CPU, GG"; uviedol Tiwei Wei, ktorý študuje riešenia elektronického chladenia v Interuniversity Microelectronics Center a KU Luuven v Belgicku. Naopak, tento druh chladiacej technológie má pre výkonovú elektroniku najväčší zmysel," povedal.
Výkonové elektronické obvody riadia a premieňajú elektrickú energiu, ktorá sa často používa v oblastiach ako počítače, dátové centrá, solárne panely a elektrické vozidlá. Používali veľkoplošné diskrétne zariadenia vyrobené zo širokopásmových polovodičov, ako je nitrid gália. Hustota výkonu týchto zariadení za posledných pár rokov prudko vzrástla, čo znamená, že musia byť vybavené" zapojené s obrovským chladičom," Povedal Matoli.
V poslednej dobe sa výkonové elektronické moduly zmenili na kvapalné chladenie, či už prostredníctvom studených platní alebo mikrokanálových chladiacich systémov. Doteraz sa však všetky mikrokanálové chladiace systémy vyrábali osobitne a potom sa kombinovali s čipmi. Spojovacia vrstva zvyšuje tepelnú odolnosť a kanál a obvodové zariadenie nie sú navzájom tesne vyrovnané.
GG quot; Posunuli sme to na ďalšiu úroveň," Povedal Matoli výrobou zariadení a chladiacich kanálov v rovnakom čipe. Vyleptali trhliny šírky mikrónu vo vrstve nitridu gália potiahnutého na kremíkovom substráte. Štrbina je 30 μm dlhá a 115 μm hlboká. Pomocou špeciálnej technológie leptania plynom rozširujú medzeru na kremíkovom substráte a vytvárajú kanál, ktorým prechádza kvapalné chladivo.
Potom vedci použili meď na utesnenie malých otvorov vo vrstve nitridu gália a na ňu vyrobili zariadenia. Povedal:" Mikrokanály máme iba v maličkých oblastiach oblátky a tieto mikrokanály sú v kontakte s každým tranzistorom. Vďaka tomu je táto technológia efektívnejšia, pretože dokážeme extrahovať veľa tepla z blízkeho okolia, ale čerpanie, ktoré používame, je veľmi malé."
Na ukážku výskumníci vytvorili obvod usmerňovača AC-DC zložený zo štyroch Schottkyho diód, pričom každá dióda je schopná zvládnuť napätie 1,2 kV, obvod ako je tento, zvyčajne vyžaduje chladič veľkosti päste. Čip obvodu integrovaný do systému kvapalného chladenia je ale namontovaný na doske s plošnými spojmi veľkosti USB flash disku. Doska s plošnými spojmi sa skladá z troch vrstiev s vyrytými kanálmi na dodanie chladiacej kvapaliny do čipu.
Displej ukazuje, že horúce miesta s hustotou výkonu viac ako 1700 W / cm² je možné ochladiť iba pomocou čerpacieho výkonu 0,57 W / cm². V porovnaní s predtým uvedeným chladením mikrofluidických kanálov je výkon vylepšený až 50-krát.
Wei povedal," Spoľahlivosť filmu nitridu gália a medenej tesniacej vrstvy by sa mala študovať v priebehu času. Ale toto inovatívne riešenie chladenia je krokom k&„, nízkonákladovému, ultrakompaktnému a energeticky úspornému výkonnému elektronickému chladiacemu systému." Veľký krok vpred."
Ak vás zaujímajú naše produkty, navštívte stránkuwww.hkram.comtohavemoreinformation.