В днешно време топлината, генерирана от гъсто електронно оборудване, е скъп разход на ресурси. За да поддържа системата на правилната температура за оптимална компютърна производителност, охлаждащата система в САЩ консумира толкова енергия и вода, колкото всички жители на Филаделфия. Сега, чрез интегриране на течния охлаждащ канал директно в полупроводниковия чип, изследователите се надяват поне да намалят тази загуба в силовото електронно оборудване, като го направят по-малък, по-ниски разходи и по-ниска консумация на енергия.
Традиционно електронните устройства и системите за управление на топлината се проектират и произвеждат отделно, казва Елисън Матиоли, професор по електротехника в Технологичния институт Ecole в Лозана, Швейцария. Това носи основна пречка за подобряване на ефективността на охлаждане, тъй като топлината трябва да измине относително голямо разстояние в множество материали, за да се отстрани. Например, в днешните процесори на' сифонните термични материали пренасят топлина от чипа към обемистия въздушно охлаждан меден радиатор.
За да се получи по-енергийно ефективно решение, Матиоли и колегите му разработиха евтин процес, който поставя 3D мрежата от микрофлуидни охлаждащи канали директно в полупроводниковия чип. Течността може да премахва топлината по-добре от въздуха. Идеята е да държите микрометъра на охлаждащата течност далеч от горещите точки на чипа.
Но за разлика от съобщената по-рано технология за микрофлуидно охлаждане, той каза:" Ние проектираме електронни устройства и охладителни системи от самото начало." Следователно, микроканалът е разположен под активната зона на всяко транзисторно устройство, където температурата му е най-висока, което увеличава ефективността на охлаждане с 50 пъти. Те съобщиха за общата си дизайнерска концепция в неотдавнашния" Nature" списание.
Изследователите са предложили технология за охлаждане на микроканали още през 1981 г., а стартиращи компании като Cooligy също следват концепцията за процесори. Полупроводниковата индустрия обаче преминава от равнинни към триизмерни устройства и се насочва към бъдещи чипове с многослойни структури, което прави охлаждащите канали непрактични." Този вид вградено охлаждащо решение не е подходящо за съвременни процесори и чипове, като CPU," каза Тивей Вей, който изучава решения за електронно охлаждане в Междууниверситетския център за микроелектроника и KU Luuven в Белгия. Напротив, този вид охлаждаща технология има най-голямо значение за силовата електроника," той каза.
Електронните схеми за захранване управляват и преобразуват електрическа енергия, която се използва широко в области като компютри, центрове за данни, слънчеви панели и електрически превозни средства. Те използваха дискретни устройства с голяма площ, направени от широколентови полупроводници като галиев нитрид. Плътността на мощността на тези устройства рязко се е повишила през последните няколко години, което означава, че те трябва да бъдат GG; свързани с огромен радиатор," Каза Матоли.
Напоследък силовите електронни модули се насочиха към течно охлаждане, независимо дали чрез студени плочи или микроканални системи за охлаждане. Към днешна дата обаче всички микроканални охладителни системи са произведени отделно и след това са комбинирани с чипове. Свързващият слой увеличава топлоустойчивостта и каналът и верижното устройство не са тясно подравнени.
GG quot; Изкачихме го на следващото ниво," Матоли каза, чрез производство на оборудване и охлаждащи канали в същия чип. Те ецваха широки микронови пукнатини в слоя галиев нитрид, покрит върху силициевата основа. Прорезът е с дължина 30μm и дълбочина 115μm. Използвайки специална технология за ецване на газ, те разширяват процепа на силициевата основа, за да образуват канал, през който преминава течната охлаждаща течност.
След това изследователите използвали мед, за да запечатат малките отвори в слоя галиев нитрид и изработили устройства върху него. Той каза:" Ние имаме микроканали само в малки области на пластината и тези микроканали имат контакт с всеки транзистор. Това прави тази технология по-ефективна, защото можем да извличаме много топлина отблизо, но изпомпването, което използваме Мощността е много малка."
Като демонстрация изследователите направиха AC-DC токоизправителна верига, съставена от четири диода на Шотки, като всеки диод може да се справи с напрежение 1,2 kV, схема като тази обикновено изисква радиатор с размер на юмрук. Но интегралният чип на интегралната система за течно охлаждане е монтиран на печатна платка с размерите на USB флаш устройство. Платката се състои от три слоя с гравирани върху нея канали за доставяне на охлаждащата течност към чипа.
Дисплеят показва, че горещите точки с плътност на мощността над 1700 W / cm² могат да бъдат охладени само с мощност на изпомпване от 0,57 W / cm². В сравнение с докладваното по-рано охлаждане на микрофлуиден канал, производителността се подобрява с 50 пъти.
Wei каза, GG; Надеждността на филм от галиев нитрид и меден уплътнителен слой трябва да се проучи с течение на времето. Но това иновативно решение за охлаждане е стъпка към GG; евтина, ултракомпактна и енергоспестяваща енергийна електронна охладителна система." Голяма крачка напред."
Ако се интересувате от нашите продукти, моля посететеwww.hkram.comда има повече информация.