Integrerat kylsystem med mikrochip
Oavsett om det är datacenter, superdatorer eller bärbara datorer: den stora mängden värme som genereras av chips och andra halvledarkomponenter är ett av de största problemen med moderna elektroniska produkter. Å ena sidan begränsar det komponenternas prestanda och strukturella täthet. Å andra sidan förbrukar själva kylprocessen mycket energi, som används till kylfläktar eller vätskekylningspumpar.
För att lösa detta problem har forskare studerat sätt att förbättra effektiviteten av värmeöverföringen från chipet till kylvätskan. Till exempel används en metall med bättre värmeledningsförmåga som kontaktyta mellan kylsystemet och chipet. Emellertid är effektiviteten för alla metoder tidigare inte särskilt hög, och med förbättringen av värmeavledningseffektiviteten ökar också komplexiteten och tillverkningskostnaden för värmeavledningssystem exponentiellt.
Nu har schweiziska forskare äntligen hittat ett bättre sätt att uppfinna ett chip som inte behöver extern kylning. Mikrotubulierna som är integrerade i halvledaren kommer att föra kylvätskan direkt runt transistorn, vilket inte bara avsevärt förbättrar chipets värmeavledningseffekt, utan också sparar energi och gör framtida elektroniska produkter mer miljövänliga. Tillverkningen av denna integrerade kylning är billigare än den tidigare processen.
Principen för denna lösning är att istället för att kyla från utsidan av chipet, kyls chipet direkt inuti. Kylvätskan strömmar genom de mikrotubuli som är integrerade i halvledarmaterialet underifrån, vilket gör att värmen som genereras av transistorn som värmekälla kommer att avledas direkt. Mikrokanalen är i direkt kontakt med transistorerna i chippet, vilket skapar en bättre koppling mellan värmekällan och kylkanalen. De tredimensionella grenarna av kylkanalen bidrar också till fördelningen av kylvätska och minskar det tryck som krävs för kylvätskecirkulation.
Det preliminära testet av kylsystemet visar att det kan avleda mer än 1,7 kW värme per kvadratcentimeter och endast 0.57 watt pumpeffekt per kvadratcentimeter. Detta är betydligt mindre än den effekt som krävs för externa etsande kylkanaler. "Den observerade kylkapaciteten överstiger en kilowatt per kvadratcentimeter, vilket motsvarar en 50 gångers förbättring av effektiviteten jämfört med extern värmeavledning", sa forskarna.
Den integrerade mikrochipskylningen har en annan fördel: den är billigare än den externa kylenheten. Eftersom kylmikrokanal- och chipkretsar kan införas direkt i halvledare i produktionen är tillverkningskostnaden lägre. Detta internt kylda mikrochip kommer att göra framtida elektroniska produkter mer kompakta och energibesparande.
