Интегрирана технология за охлаждане на микрочипове

Независимо дали става въпрос за центрове за данни, суперкомпютри или лаптопи: голямото количество топлина, генерирано от чипове и други полупроводникови компоненти, е един от най-големите проблеми на съвременните електронни продукти. От една страна, това ограничава производителността и структурната плътност на компонентите. От друга страна, самият процес на охлаждане консумира много енергия, която се използва за вентилатори за охлаждане или помпи за течно охлаждане.

За да решат този проблем, учените проучват начини за подобряване на ефективността на преноса на топлина от чипа към охлаждащата течност. Например, като контактна повърхност между охладителната система и чипа се използва метал с по-добра топлопроводимост. Въпреки това, ефективността на всички методи в миналото не е много висока и с подобряването на ефективността на разсейване на топлината, сложността и производствените разходи на системата за разсейване на топлина също нарастват експоненциално.

Сега швейцарски изследователи най-накрая намериха по-добър начин да изобретят чип, който не се нуждае от външно охлаждане. Микротубулите, интегрирани в полупроводника, ще доведат охлаждащата течност директно около транзистора, което не само значително подобрява ефекта на разсейване на топлината на чипа, но също така спестява енергия и прави бъдещите електронни продукти по-екологични. Производството на това интегрирано охлаждане е по-евтино от предишния процес.

Принципът на това решение е, че вместо охлаждане от външната страна на чипа, чипът се охлажда директно отвътре. Охлаждащата течност протича през микротубулите, интегрирани в полупроводниковия материал отдолу, което означава, че топлината, генерирана от транзистора като източник на топлина, ще се разсейва директно. Микроканалът е в пряк контакт с транзисторите в чипа, което установява по-добра връзка между източника на топлина и охлаждащия канал. Триизмерните разклонения на охлаждащия канал също допринасят за разпределението на охлаждащата течност и намаляват налягането, необходимо за циркулацията на охлаждащата течност.

Предварителният тест на охладителната система показва, че тя може да разсее повече от 1,7 kW топлина на квадратен сантиметър и само 0.57 вата мощност на помпата на квадратен сантиметър. Това е значително по-малко от мощността, необходима за външни охлаждащи канали за ецване. „Наблюдаваният капацитет на охлаждане надхвърля един киловат на квадратен сантиметър, което е еквивалентно на 50 пъти подобрение на ефективността спрямо външното разсейване на топлината“, казаха изследователите.

Интегрираното охлаждане с микрочип има друго предимство: то е по-евтино от охлаждащия модул, добавен външно. Тъй като охлаждащите микро канали и чип вериги могат да бъдат директно въведени в полупроводници в производството, производствените разходи са по-ниски. Този вътрешно охлаждан микрочип ще направи бъдещите електронни продукти по-компактни и енергоспестяващи.