Numera är värmen som genereras av tät elektronisk utrustning en dyr resursförbrukning. För att hålla systemet vid rätt temperatur för optimal datorprestanda förbrukar kylsystemet i USA lika mycket energi och vatten som alla invånare i Philadelphia. Nu, genom att integrera den flytande kylkanalen direkt i halvledarkretsen, hoppas forskare att åtminstone minska denna förlust i kraftelektronisk utrustning, vilket gör den mindre, lägre kostnad och lägre energiförbrukning.
Traditionellt designas och tillverkas elektroniska apparater och värmehanteringssystem separat, säger Elison Matioli, professor i elektroteknik vid Ecole Institute of Technology i Lausanne, Schweiz. Detta utgör ett grundläggande hinder för att förbättra kylningseffektiviteten, eftersom värmen måste gå relativt långt i flera material som ska tas bort. I dagens&# 39: s processorer överför till exempel sifoner av termiskt material värme från chipet till den skrymmande luftkylda kopparkylaren.
För att få en mer energieffektiv lösning utvecklade Matioli och hans kollegor en billig process som sätter 3D-nätverket av mikrofluidkylkanaler direkt i halvledarkretsen. Vätska kan ta bort värme bättre än luft. Tanken är att hålla kylmedelsmikrometern borta från chipets heta fläckar.
Men till skillnad från den tidigare rapporterade mikrofluidiska kyltekniken sa han:" Vi designar elektroniska enheter och kylsystem från början." Därför är mikrokanalen belägen under det aktiva området för varje transistoranordning, där dess temperatur är den högsta, vilket ökar kylprestandan med 50 gånger. De rapporterade om deras gemensamma designkoncept i det senaste" Nature" tidskrift.
Forskare har föreslagit mikrokanalskylningsteknik redan 1981 och nystartade företag som Cooligy har också drivit konceptet processorer. Halvledarindustrin övergår dock från plana enheter till tredimensionella enheter och rör sig mot framtida chips med flerskiktsstrukturer, vilket gör kylkanaler opraktiska." Denna typ av inbäddad kylningslösning är inte lämplig för moderna processorer och chips, såsom CPU: er," säger Tiwei Wei, som studerar elektroniska kyllösningar vid Interuniversity Microelectronics Center och KU Luuven i Belgien." Tvärtom, den här typen av kylteknik ger mest mening för kraftelektronik," han sa.
Elektroniska kraftkretsar hanterar och omvandlar elektrisk energi, som ofta används inom områden som datorer, datacenter, solpaneler och elfordon. De använde diskreta enheter med stora ytor tillverkade av halvledare med breda band som galliumnitrid. Effektdensiteten för dessa enheter har ökat kraftigt de senaste åren, vilket innebär att de måste vara" anslutna till en enorm kylfläns," Sa Matoli.
Nyligen har kraftelektroniska moduler vänt sig till vätskekylning, antingen genom kylplattor eller mikrokanals kylsystem. Hittills har dock alla mikrokanals kylsystem tillverkats separat och sedan kombinerats med chips. Bindningsskiktet ökar värmebeständigheten och kanalen och kretsenheten är inte nära varandra.
GG quot; Vi tog det till nästa nivå," Matoli sa, genom att tillverka utrustning och kylkanaler i samma chip. De etsade mikronbredda sprickor i galliumnitridskiktet belagt på kiselsubstratet. Slitsen är 30 μm lång och 115 μm djup. Genom att använda speciell gasetsningsteknik vidgar de klyftan på kiselsubstratet för att bilda en kanal genom vilken det flytande kylmediet passerar.
Sedan använde forskarna koppar för att försegla de små öppningarna i galliumnitridskiktet och tillverkade enheter på det. Han sa:" Vi har bara mikrokanaler i små delar av skivan, och dessa mikrokanaler har kontakt med varje transistor. Detta gör denna teknik mer effektiv eftersom vi kan ta ut mycket värme från närliggande, men pumpen vi använder Kraften är mycket liten."
Som en demonstration gjorde forskarna en AC-DC-likriktarkrets bestående av fyra Schottky-dioder, varje diod kan hantera en spänning på 1,2 kV, en krets som denna kräver vanligtvis en nässtorlek. Men kretschipet integrerat med vätskekylsystemet är monterat på ett kretskort som är lika stort som ett USB-minne. Kretskortet består av tre lager med kanaler graverade på det för att leverera kylvätskan till chipet.
Displayen visar att hot spots med en effekttäthet över 1700 W / cm² kan kylas med endast 0,57 W / cm² pumpkraft. Jämfört med den tidigare rapporterade mikroflödeskanalkylningen förbättras prestandan med 50 gånger.
Wei sa," Tillförlitligheten hos galliumnitridfilm och koppartätningsskikt bör studeras över tiden. Men den här innovativa kylningslösningen är ett steg mot ett GG-pris; billigt, ultrakompakt och energibesparande elektroniskt kylsystem." Ett stort steg framåt."
Om du är intresserad av våra produkter, besökwww.hkram.comför att få mer information.