I dag er varmen, der genereres af tæt elektronisk udstyr, et dyrt ressourceforbrug. For at holde systemet ved den rigtige temperatur for optimal computerydelse, forbruger kølesystemet i USA lige så meget energi og vand som alle beboere i Philadelphia. Nu, ved at integrere den flydende kølekanal direkte i halvlederchippen, håber forskere i det mindste at reducere dette tab i strømelektronisk udstyr, hvilket gør det mindre, lavere omkostninger og lavere energiforbrug.
Traditionelt er elektroniske enheder og termiske styringssystemer designet og fremstillet separat, siger Elison Matioli, professor i elektroteknik ved Ecole Institute of Technology i Lausanne, Schweiz. Dette bringer en grundlæggende hindring for at forbedre køleeffektiviteten, fordi varmen skal køre en relativt lang afstand i flere materialer, der skal fjernes. For eksempel overfører i dag' s processorer sifoner til termisk materiale varme fra chippen til den voluminøse luftkølede kobberkøler.
For at opnå en mere energieffektiv løsning udviklede Matioli og hans kolleger en billig proces, der placerer 3D-netværket af mikrofluide kølekanaler direkte i halvlederchippen. Væske kan fjerne varmen bedre end luft. Ideen er at holde kølevæskemikrometeret væk fra chipens hot spots.
Men i modsætning til den tidligere rapporterede mikrofluide køleteknologi sagde han:" Vi designer elektroniske enheder og kølesystemer fra starten." Derfor er mikrokanalen placeret under det aktive område af hver transistorindretning, hvor dens temperatur er den højeste, hvilket øger køleeffekten med 50 gange. De rapporterede om deres fælles designkoncept i den nylige" Nature" magasin.
Forskere har foreslået mikrokanal køleteknologi allerede i 1981, og opstartsvirksomheder som Cooligy har også fulgt konceptet med processorer. Imidlertid skifter halvlederindustrien fra plane enheder til tredimensionelle enheder og bevæger sig mod fremtidige chips med flerlagsstrukturer, hvilket gør kølekanaler upraktiske." Denne form for indlejret køleopløsning er ikke egnet til moderne processorer og chips, såsom CPU'er," sagde Tiwei Wei, der studerer elektroniske køleløsninger ved Interuniversity Microelectronics Center og KU Luuven i Belgien." Tværtimod giver denne form for køleteknologi mest mening for kraftelektronik," han sagde.
Elektroniske strømkredse styrer og konverterer elektrisk energi, som er meget udbredt inden for områder som computere, datacentre, solpaneler og elektriske køretøjer. De brugte store områder med diskrete enheder lavet af halvledere med bred bånd, såsom galliumnitrid. Disse enheders effekttæthed er steget kraftigt i de sidste par år, hvilket betyder, at de skal være" tilsluttet en enorm kølelegeme," Sagde Matoli.
For nylig har kraftelektroniske moduler vendt sig til væskekøling, hvad enten det er gennem kolde plader eller mikrokanal-kølesystemer. Imidlertid er hidtil alle mikrokanal-kølesystemer fremstillet separat og derefter kombineret med chips. Bindelaget øger varmebestandigheden, og kanalen og kredsløbsanordningen er ikke tæt justeret.
GG quot; Vi tog det til det næste niveau," Matoli sagde ved at fremstille udstyr og kølekanaler i samme chip. De ætsede mikronbredte revner i galliumnitridlaget belagt på siliciumsubstratet. Spalten er 30 μm lang og 115 μm dyb. Ved hjælp af speciel gasetsningsteknologi udvider de afstanden på siliciumsubstratet til en kanal, hvorigennem det flydende kølemiddel passerer.
Derefter brugte forskerne kobber til at forsegle de små åbninger i galliumnitridlaget og fabrikerede enheder på det. Han sagde:" Vi har kun mikrokanaler i bittesmå områder af waferen, og disse mikrokanaler har kontakt med enhver transistor. Dette gør denne teknologi mere effektiv, fordi vi kan trække meget varme ud i nærheden, men pumpen, vi bruger Effekten er meget lille."
Som en demonstration lavede forskerne et AC-DC ensretterkredsløb sammensat af fire Schottky-dioder, hver diode kan håndtere en spænding på 1,2 kV, et kredsløb som dette kræver normalt en kølelegeme med knytnævestørrelse. Men kredsløbschippen integreret med væskekølesystemet er monteret på et printkort på størrelse med et USB-flashdrev. Kretskortet består af tre lag med indgraverede kanaler for at levere kølevæsken til chippen.
Displayet viser, at hot spots med en effekttæthed på mere end 1700 W / cm² kun kan afkøles med kun 0,57 W / cm² pumpeeffekt. Sammenlignet med den tidligere rapporterede mikrofluidkanalkøling forbedres ydelsen 50 gange.
Wei sagde," Pålideligheden af galliumnitridfilm og kobberforseglingslag skal undersøges over tid. Men denne innovative køleløsning er et skridt i retning af en" billig, ultrakompakt og energibesparende elektronisk kølesystem." Et stort skridt fremad."
Hvis du er interesseret i vores produkter, kan du besøgewww.hkram.comfor at have mere information.