Tänapäeval on tihedate elektroonikaseadmete tekitatud soojus kulukas ressursitarbimine. Selleks, et hoida süsteemi optimaalse andmetöötluse jõudluse tagamiseks õigel temperatuuril, tarbib Ameerika Ühendriikide jahutussüsteem sama palju energiat ja vett kui kõik Philadelphia elanikud. Nüüd, integreerides vedela jahutuskanali otse pooljuhtkiibisse, loodavad teadlased vähemalt vähendada seda elektriseadmete kadu, muutes selle väiksemaks, odavamaks ja väiksemaks energiatarbimiseks.
Traditsiooniliselt projekteeritakse ja toodetakse elektroonilisi seadmeid ja soojusjuhtimissüsteeme eraldi, ütleb Šveitsis Lausanne'is asuva Ecole'i Tehnoloogiainstituudi elektrotehnika professor Elison Matioli. See takistab oluliselt jahutustõhususe parandamist, sest soojus peab läbima suhteliselt pika vahemaa mitmes eemaldatavas materjalis. Näiteks tänapäeva protsessorites kannavad termilised materjali sifoonid soojust kiibilt mahukasse õhkjahutusega vasest soojuskraanikaussi.
Energiatõhusama lahenduse saamiseks töötasid Matioli ja ta kolleegid välja odava protsessi, mis paneb mikrovedeliku jahutuskanalite 3D-võrgu otse pooljuhtkiibile. Vedelik võib soojust paremini eemaldada kui õhk. Idee on hoida jahutusvedeliku mikromeeter kiibi kuumadest kohtadest eemal.
Kuid erinevalt varem teatatud mikrovedeliku jahutustehnoloogiast ütles ta: "Me projekteerime elektroonilisi seadmeid ja jahutussüsteeme algusest peale." Seetõttu asub mikrokanal iga transistori seadme aktiivse ala all, kus selle temperatuur Kõrgeim, mis suurendab jahutusvõimet 50 korda. Nad teatasid oma ühisest disainikontseptsioonist hiljutises ajakirjas "Nature".
Teadlased on pakkunud välja mikrokanali jahutustehnoloogia juba 1981. aastal ning sellised idufirmad nagu Cooligy on järginud ka protsessorite kontseptsiooni. Kuid pooljuhtide tööstus liigub planaarsetelt seadmetelt kolmemõõtmelistele seadmetele ja liigub tulevaste kiipide suunas, millel on mitmekihilised struktuurid, mis muudab jahutuskanalid ebapraktiliseks. "Selline sisseehitatud jahutuslahendus ei sobi kaasaegsetele protsessoritele ja kiipidele, näiteks protsessoritele," ütles Tiwei Wei, kes uurib elektroonilisi jahutuslahendusi Interuniversity Microelectronics Centeris ja KU Luuvenis Belgias. "Vastupidi, selline jahutustehnoloogia on elektrielektroonika jaoks kõige mõistlikum," ütles ta.
Elektrielektroonikaahelad haldavad ja muundavad elektrienergiat, mida kasutatakse laialdaselt sellistes valdkondades nagu arvutid, andmekeskused, päikesepaneelid ja elektrisõidukid. Nad kasutasid suure pindalaga diskreetseid seadmeid, mis olid valmistatud laiaribalistest pooljuhtidest, nagu galliumnitriid. Nende seadmete võimsustihedus on viimastel aastatel järsult tõusnud, mis tähendab, et need peavad olema "ühendatud suure soojuskraanikausiga," ütles Matoli.
Viimasel ajal on elektrielektroonilised moodulid muutunud vedelikjahutuseks, kas külmade plaatide või mikrokanali jahutussüsteemide kaudu. Praeguseks on aga kõik mikrokanali jahutussüsteemid toodetud eraldi ja seejärel kombineeritud kiipidega. Sidumiskiht suurendab kuumakindlust ning kanal ja vooluring ei ole tihedalt joondatud.
"Me viisime selle järgmisele tasemele," ütles Matoli, valmistades seadmeid ja jahutuskanaleid samas kiibis. Nad söövitasid silikoonsubstraadiga kaetud galliumnitriidi kihis mikroni laiused praod. Pilu on 30 μm pikk ja 115 μm sügav. Kasutades spetsiaalset gaasi söövitamise tehnoloogiat, laiendavad nad räni aluspinna lünka, et moodustada kanal, mille kaudu vedel jahutusvedelik läbib.
Seejärel kasutasid teadlased vaske, et sulgeda väikesed avad galliumnitriidi kihis ja valmistatud seadmed sellel. Ta ütles: "Meil on ainult mikrokanalid vahvli väikestes piirkondades ja need mikrokanalid puutuvad kokku iga transistoriga. See muudab selle tehnoloogia tõhusamaks, sest me saame lähedalt palju soojust ammuda, kuid pumpamine, mida me kasutame Võimsus on väga väike."
Demonstratsioonina tegid teadlased neljast Schottky dioodist koosneva vahelduvvoolu rektifitseerimisahela, iga diood saab hakkama pingega 1,2kV, selline vooluring nõuab tavaliselt rusikasuuruses soojuskraanikaussi. Kuid vedela jahutussüsteemiga integreeritud vooluahela kiip on paigaldatud USB-mäluseadme suurusele trükkplaadile. Trükkplaat koosneb kolmest kihist, millele on graveeritud kanalid, et viia jahutusvedelik kiibile.
Ekraan näitab, et kuumi kohti, mille võimsustihedus on üle 1700 W/cm², saab jahutada ainult 0,57 W/cm² pumpamisvõimsusega. Võrreldes varem teatatud mikrovedeliku kanali jahutusega paraneb jõudlus 50 korda.
Wei ütles: "Gallium nitriidkile ja vase tihenduskihi usaldusväärsust tuleks aja jooksul uurida. Kuid see uuenduslik jahutuslahendus on samm "odava, ülikompaktse ja energiasäästliku elektroonilise jahutussüsteemi suunas". Suur samm edasi."
Kui olete huvitatud meie toodetest, külastage palunwww.hkram.comrohkem teavet.