Nykyään tiheiden elektronisten laitteiden tuottama lämpö on kallista resurssien kulutusta. Järjestelmän pitämiseksi oikeassa lämpötilassa optimaalista laskentatehoa varten Yhdysvaltojen jäähdytysjärjestelmä kuluttaa yhtä paljon energiaa ja vettä kuin kaikki Philadelphian asukkaat. Integroimalla nestemäinen jäähdytyskanava suoraan puolijohdesiruun tutkijat toivovat ainakin vähentävän tätä tehoelektroniikkalaitteiden menetystä tekemällä siitä pienemmän, edullisemman ja pienemmän energiankulutuksen.
Perinteisesti elektroniset laitteet ja lämmönhallintajärjestelmät suunnitellaan ja valmistetaan erikseen, kertoo sähkötekniikan professori Elison Matioli Ecole Institute of Technologysta Lausannessa, Sveitsissä. Tämä tuo perustavan esteen jäähdytystehokkuuden parantamiselle, koska lämmön on kuljettava suhteellisen pitkä matka useissa poistettavissa olevissa materiaaleissa. Esimerkiksi nykypäivän' -prosessoreissa lämpömateriaalisifonit siirtävät lämpöä sirusta suurikokoiseen ilmajäähdytteiseen kuparijäähdytyslevyyn.
Energiatehokkaamman ratkaisun saamiseksi Matioli ja hänen kollegansa kehittivät edullisen prosessin, joka laittaa mikrofluidijäähdytyskanavien 3D-verkon suoraan puolijohdesiruun. Neste voi poistaa lämmön paremmin kuin ilma. Ajatuksena on pitää jäähdytysnestemikrometri poissa sirun kuumista kohdista.
Mutta toisin kuin aiemmin raportoitu mikrofluidijäähdytystekniikka, hän sanoi:" Suunnittelemme elektronisia laitteita ja jäähdytysjärjestelmiä alusta alkaen." Siksi mikrokanava sijaitsee kunkin transistorilaitteen aktiivisen alueen alapuolella, missä sen lämpötila on korkein, mikä lisää jäähdytystehoa 50 kertaa. He kertoivat yhteisestä suunnittelukonseptistaan tuoreessa GG-julkaisussa Nature" aikakauslehti.
Tutkijat ovat ehdottaneet mikrokanavajäähdytystekniikkaa jo vuonna 1981, ja myös aloittelevat yritykset, kuten Cooligy, ovat noudattaneet prosessoreiden käsitettä. Puolijohdeteollisuus on kuitenkin siirtymässä tasomaisista laitteista kolmiulotteisiin laitteisiin ja siirtymässä kohti tulevia siruja, joissa on monikerroksiset rakenteet, mikä tekee jäähdytyskanavista epäkäytännöllisiä." Tällainen upotettu jäähdytysratkaisu ei sovellu nykyaikaisiin prosessoreihin ja siruihin, kuten suorittimiin," sanoi Tiwei Wei, joka opiskelee elektronisia jäähdytysratkaisuja yliopistojenvälisessä mikroelektroniikkakeskuksessa ja KU Luuvenissa Belgiassa." Päinvastoin, tällaisella jäähdytystekniikalla on järkevintä tehoelektroniikalle," hän sanoi.
Tehoelektroniikkapiirit hallitsevat ja muuntavat sähköenergiaa, jota käytetään laajasti esimerkiksi tietokoneissa, datakeskuksissa, aurinkopaneeleissa ja sähköajoneuvoissa. He käyttivät suuren alueen erillisiä laitteita, jotka on valmistettu laajakaistaisista puolijohteista, kuten galliumnitridistä. Näiden laitteiden tehotiheys on noussut voimakkaasti viime vuosina, mikä tarkoittaa, että niiden on oltava GG: tä, koukussa valtava jäähdytyselementti," Matoli sanoi.
Viime aikoina tehoelektroniikkamoduulit ovat kääntyneet nestejäähdytykseen joko kylmälevyjen tai mikrokanavien jäähdytysjärjestelmien kautta. Tähän päivään mennessä kaikki mikrokanavien jäähdytysjärjestelmät on kuitenkin valmistettu erikseen ja yhdistetty sirujen kanssa. Liimakerros lisää lämmönkestävyyttä, eikä kanava ja piirilaite ole tiiviisti linjassa.
GG quot; Otimme sen seuraavalle tasolle," Matoli sanoi valmistamalla laitteita ja jäähdytyskanavia samassa sirussa. He syövyttivät mikronia laajoja halkeamia galliumnitridikerrokseen, joka oli päällystetty piin substraatille. Rako on 30μm pitkä ja 115μm syvä. Erityistä kaasuetsaustekniikkaa käyttämällä ne laajentavat piialustan rakoa muodostaen kanavan, jonka läpi nestemäinen jäähdytysneste kulkee.
Sitten tutkijat käyttivät kuparia sulkemaan pienet aukot galliumnitridikerroksessa ja siihen valmistetut laitteet. Hän sanoi:" Meillä on mikrokanavia vain pienillä kiekkojen alueilla, ja näillä mikrokanavilla on kosketusta jokaisen transistorin kanssa. Tämä tekee tästä tekniikasta tehokkaamman, koska voimme saada paljon lämpöä läheltä, mutta käyttämä pumppaus Teho on hyvin pieni."
Osoituksena tutkijat tekivät AC-DC-tasasuuntaajapiirin, joka koostui neljästä Schottky-diodista, kukin diodi pystyy käsittelemään 1,2 kV: n jännitettä, tällainen piiri vaatii yleensä nyrkkikokoisen jäähdytyselementin. Mutta nestejäähdytysjärjestelmään integroitu piirisiru on asennettu USB-muistitikun kokoiselle piirilevylle. Piirilevy koostuu kolmesta kerroksesta, joihin on kaiverrettu kanavia jäähdytysnesteen toimittamiseksi sirulle.
Näyttö osoittaa, että kuumapisteet, joiden tehotiheys on yli 1700 W / cm², voidaan jäähdyttää vain 0,57 W / cm² pumppausteholla. Aikaisemmin raportoituun mikrofluidikanavan jäähdytykseen verrattuna suorituskyky paranee 50 kertaa.
Wei sanoi," Galliumnitridikalvon ja kuparitiivistekerroksen luotettavuutta tulisi tutkia ajan myötä. Mutta tämä innovatiivinen jäähdytysratkaisu on askel kohti GG-mallia; edullinen, erittäin pienikokoinen ja energiaa säästävä sähköinen elektroninen jäähdytysjärjestelmä." Iso askel eteenpäin."
Jos olet kiinnostunut tuotteistamme, käy osoitteessawww.hkram.comsuurempaa tietoa.