::: reklama@pbprog.kz
::: editor@pbprog.kz
::: webmaster@pbprog.kz
Разработана встроенная система охлаждения, которая использует электроизолирующую жидкость для отвода тепла от чипов
Конструкция предусматривает размещение крошечных каналов охлаждающей жидкости вблизи нагретых участков внутри подложки чипа. Когда жидкость проходит по этим каналам, она поглощает тепло и частично превращается в пар, который выходит через специально устроенные выпускные отверстия.
Интегральные схемы содержат взаимосвязанные компоненты, которые обрабатывают информацию или управляют электрическими сигналами. В процессе работы они выделяют тепло, поэтому эффективное охлаждение важно как для производительности, так и для стабильной работы в долгосрочной перспективе.
Встроенная система охлаждения решает эту проблему, прорезая микроскопические каналы непосредственно в материале, на котором расположены микросхемы. Это позволяет подвести охлаждающую жидкость ближе к местам, где концентрируется тепло, и дать ей возможность поглощать и отводить его. Вода обладает полезными тепловыми свойствами, но ее потенциальная электропроводность требует принятия мер предосторожности для защиты компонентов микросхем.
«Встроенное охлаждение, при котором микрофлюидные структуры вытравливаются непосредственно в подложке чипа для подачи жидкого теплоносителя в непосредственной близости от горячих точек, может обеспечить рассеивание тепловых потоков до 3000 Вт/см2 при использовании воды в качестве теплоносителя», — считают исследователи Пекинского университета.
Вместо этого команда использовала диэлектрический хладагент HFE-7100 и спроектировала его систему с учетом перехода жидкости из состояния жидкости в состояние пара.
Исследователи изготовили свою охлаждающую конструкцию с использованием технологий, широко используемых в производстве электроники. Наряду с каналами рядом с нагретыми участками тестовых чипов они создали коллектор для распределения поступающей охлаждающей жидкости и сбора жидкости, выходящей из каналов.
Устройство сочетает в себе горизонтальные входные отверстия и вертикальные выпускные отверстия. Свежая жидкость поступает горизонтально для пополнения запасов охлаждающей жидкости, в то время как вертикальные каналы способствуют выходу паров.
Полученная HFE-7100 поглощает тепло при кипении внутри каналов. нагретая жидкостно-газовая смесь выходит через выпускные отверстия, унося энергию от чипа.
«Ключевую роль в усилении теплопередачи играет конструкция горизонтального коллектора с вертикальными впускными отверстиями для подачи жидкости и вертикальными выпускными отверстиями для ускорения отвода пара», — пишут авторы.
Первоначальные тесты зафиксировали критический тепловой поток в 1570 Вт на квадратный сантиметр. Это означает порог, при превышении которого кипячение больше не обеспечивает эффективного охлаждения.
Рисунок описывает теплопередачу на единицу площади, а не общее количество тепла, отводимого от всего чипа.
Авторы сообщили, что более ранние методы диэлектрического охлаждения часто ограничивались мощностью ниже 1000 Вт на квадратный сантиметр, даже с предварительным охлаждением и повышением давления.
«Поскольку наш подход основан на технологии микроэлектромеханических систем, его можно напрямую интегрировать со стандартными полупроводниковыми процессами и масштабировать для будущей электроники», — пишут исследователи.
Результаты исследования опубликованы в Nature Electronics.