Интегрированная технология охлаждения микрочипа

Будь то центры обработки данных, суперкомпьютеры или ноутбуки: большое количество тепла, выделяемого чипами и другими полупроводниковыми компонентами, является одной из самых больших проблем современных электронных продуктов. С одной стороны, это ограничивает производительность и конструктивную плотность компонентов. С другой стороны, сам процесс охлаждения потребляет много энергии, которая используется охлаждающими вентиляторами или насосами жидкостного охлаждения.

Чтобы решить эту проблему, ученые изучают способы повышения эффективности передачи тепла от чипа к охлаждающей жидкости. Например, в качестве контактной поверхности между системой охлаждения и чипом используется металл с лучшей теплопроводностью. Однако эффективность всех методов в прошлом была не очень высокой, а с повышением эффективности отвода тепла сложность и стоимость производства системы отвода тепла также возрастали в геометрической прогрессии.

Теперь швейцарские исследователи наконец нашли лучший способ изобрести чип, не требующий внешнего охлаждения. Микротрубочки, встроенные в полупроводник, будут подавать охлаждающую жидкость непосредственно вокруг транзистора, что не только значительно улучшает эффект рассеивания тепла чипа, но также экономит энергию и делает будущие электронные продукты более экологически чистыми. Производство этого интегрированного охлаждения обходится дешевле, чем предыдущий процесс.

Принцип этого решения заключается в том, что вместо охлаждения чипа снаружи чип охлаждается непосредственно внутри. Охлаждающая жидкость течет через микротрубочки, встроенные в полупроводниковый материал снизу, а это означает, что тепло, выделяемое транзистором как источником тепла, будет рассеиваться напрямую. Микроканал находится в непосредственном контакте с транзисторами в чипе, что обеспечивает лучшую связь между источником тепла и каналом охлаждения. Трехмерные ветви канала охлаждения также способствуют распределению охлаждающей жидкости и снижают давление, необходимое для циркуляции охлаждающей жидкости.

Предварительные испытания системы охлаждения показали, что она способна рассеивать более 1,7 кВт тепла на квадратный сантиметр и всего 0,57 Вт мощности насоса на квадратный сантиметр. Это значительно меньше мощности, необходимой для внешних каналов охлаждения травления. «Наблюдаемая охлаждающая способность превышает один киловатт на квадратный сантиметр, что эквивалентно 50-кратному повышению эффективности по сравнению с внешним рассеиванием тепла», — говорят исследователи.

У встроенного охлаждения микрочипа есть еще одно преимущество: оно дешевле, чем внешний блок охлаждения. Поскольку охлаждающие микроканалы и схемы микросхем могут быть непосредственно внедрены в полупроводники при производстве, стоимость производства снижается. Этот микрочип с внутренним охлаждением сделает будущие электронные продукты более компактными и энергосберегающими.