Dandanes je toplota, ki jo ustvarja gosta elektronska oprema, draga poraba virov. Da bi sistem obdržal na pravi temperaturi za optimalno delovanje računalnika, hladilni sistem v Združenih državah Amerike porabi toliko energije in vode kot vsi prebivalci Philadelphie. S povezovanjem tekočega hladilnega kanala neposredno v polprevodni čip raziskovalci upajo, da bodo vsaj zmanjšali to izgubo električne elektronske opreme, zaradi česar bo manjša, nižja cena in manjša poraba energije.
Tradicionalno so elektronske naprave in sistemi za toplotno upravljanje zasnovani in izdelani ločeno, pravi Elison Matioli, profesor elektrotehnike na Tehnološkem inštitutu Ecole v Lozani v Švici. To prinaša temeljno oviro za izboljšanje učinkovitosti hlajenje, saj mora toplota prepotovati razmeroma dolgo razdaljo v več materialih, ki jih je treba odstraniti. Na primer, v današnjih procesorjih toplotni material sifoni prenašajo toploto iz čipa v zasukani zračno hlajeni bakreni toplotni umivalnik.
Da bi dobili energetsko učinkovitejšo rešitev, so Matioli in njegovi kolegi razvili nizkocenovni proces, ki 3D omrežje mikrofluidskih hladilnih kanalov postavi neposredno v polprevodni čip. Tekočina lahko odstranjuje toploto bolje kot zrak. Ideja je, da hladilni mikrometer ostane stran od vročih točk čipa.
Za razliko od prej sporočene mikrofluidne tehnologije hlajenje pa je dejal: »Od začetka oblikujemo elektronske naprave in hladilne sisteme.« Zato se mikrokan nahaja pod aktivnim območjem vsake naprave za transistor, kjer je njegova temperatura najvišja, kar poveča zmogljivost hlajenje za 50-krat. O svojem skupnem konceptu oblikovanja so poročali v nedavni reviji "Narava".
Raziskovalci so predlagali tehnologijo hlajenje mikro kanalov že leta 1981, zagonska podjetja, kot je Cooligy, pa so si prizadevala tudi za koncept procesorjev. Vendar pa se polprevodnična industrija s planarnih naprav prestavlja na tridimenzionalne naprave in se premika proti prihodnjim žetonom z večplastnim strukturam, zaradi česar so hladilni kanali nesprejemljivo. "Tovrstna vgrajena rešitev hlajenje ni primerna za sodobne procesorje in čipe, kot so CPUs," je dejal Tiwei Wei, ki preučuje elektronske rešitve za hlajenje v Interuniversity Microelectronics Center in KU Luuven v Belgiji. "Nasprotno, taka tehnologija hlajenje ima za električno elektroniko največ smisla," je dejal.
Električna elektronska vezja upravljajo in pretvarjajo električno energijo, ki se pogosto uporablja na področjih, kot so računalniki, podatkovni centri, sončni kolektorji in električna vozila. Uporabljali so širokoobmočne diskretne naprave iz širokovodnih polprevodkov, kot je galijev nitrid. Gostota moči teh naprav je v zadnjih nekaj letih močno narasla, kar pomeni, da morajo biti »priklopljene na ogromno toplotno korito«.
V zadnjem času so se električni elektronski moduli obrnili na tekoče hlajenje, bodisi prek hladnih plošč ali mikro kanalnih hladilnih sistemov. Do danes pa so bili vsi mikrokanološki hladilni sistemi izdelani ločeno in nato združeni s čipi. Vezni sloj povečuje toplotno odpornost, kanal in naprava za vezje pa sta tesno usklajena.
"Povzeli smo jo na naslednjo raven," je dejal Matoli s proizvodnjo opreme in hladilnih kanalov v istem čipu. Jedli so mikron široke razpoke v plasti galijevega nitrida, premazanega na silikonski substrat. Prerezan je dolg 30μm in globok 115μm. S pomočjo posebne tehnologije jedkanja plina razširijo vrzel na silikonski substrati, da tvorijo kanal, skozi katerega gre tekoča hladilna tekočina.
Nato so raziskovalci uporabili baker, da so zatesnjeli drobne odprtine v plasti galijevega nitrida in izdelane naprave na tem. Rekel je: "Imamo samo mikrokanle na drobnih predelih voska, in ti mikrokanli imajo stik z vsakim transistorjem. S tem je ta tehnologija učinkovitejša, ker lahko iz bližnjih izvlečimo veliko toplote, vendar je črpanje, ki ga uporabljamo Moč je zelo majhna.«
Kot demonstracijo, raziskovalci naredili AC-DC rectifier vezje, sestavljeno iz štirih Schottky diod, vsaka dioda lahko prenese napetost 1,2kV, vezje, kot je to običajno zahteva pest-velika toplotni umivalnik. Toda čip vezja, integriran s tekočim hladilnim sistemom, je nameščen na natisnjeno vezje velikosti USB pomnilniški pogon. Vezje je sestavljeno iz treh plasti s kanali, vgravirano na njo, da dostavi hladilne tekočine na čip.
Na zaslonu je prikazano, da lahko vroče točke z gostoto moči več kot 1700 W/cm² ohladimo za samo 0,57 W/cm² črpalne moči. V primerjavi s predhodno sporočenim mikrofluidnim hlajenjem kanalov se učinkovitost izboljša za 50-krat.
Wei je dejal: "Zanesljivost galijevega nitridnega filma in plasti bakra za tesnjenje je treba preučiti skozi čas. A ta inovativna rešitev za hlajenje je korak k »nizkocenovnemu, ultra kompaktnemu in energijsko varnemu elektronskemu hladilnemu sistemu«. Velik korak naprej."
Če vas zanimajo naši izdelki, obiščitewww.hkram.comveč informacij.