Actualment, la calor generada per equips electrònics densos és un consum de recursos costós. Per mantenir el sistema a la temperatura adequada per obtenir un rendiment informàtic òptim, el sistema de refrigeració dels Estats Units consumeix tanta energia i aigua com tots els residents a Filadèlfia. Ara, en integrar el canal de refrigeració del líquid directament al xip semiconductor, els investigadors esperen com a mínim reduir aquesta pèrdua d’equips electrònics de potència, fent que sigui menor, menor cost i menor consum d’energia.
Tradicionalment, els dispositius electrònics i els sistemes de gestió tèrmica es dissenyen i fabriquen per separat, diu Elison Matioli, professora d’enginyeria elèctrica a l’Ecole Institute of Technology de Lausana, Suïssa. Això comporta un obstacle fonamental per millorar l'eficiència de refrigeració, ja que la calor ha de recórrer una distància relativament llarga en diversos materials a eliminar. Per exemple, en els processadors&# 39 actuals, els sifons de material tèrmic transfereixen calor del xip al voluminós dissipador de coure refredat per aire.
Per tal d’obtenir una solució més eficient d’energia, Matioli i els seus col·legues van desenvolupar un procés de baix cost que posa la xarxa 3D de canals de refrigeració microfluídics directament al xip semiconductor. El líquid pot eliminar la calor millor que l’aire. La idea és mantenir el micròmetre de refrigerant allunyat dels punts calents del xip.
Però, a diferència de la tecnologia de refrigeració microfluídica que es va informar anteriorment, va dir:" Dissenyem dispositius electrònics i sistemes de refrigeració des del principi." Per tant, el microcanal es troba per sota de l’àrea activa de cada dispositiu de transistor, on la temperatura és la més alta, cosa que augmenta el rendiment de refrigeració en 50 vegades. Van informar del seu concepte de disseny comú a la recent" Nature" revista.
Els investigadors han proposat la tecnologia de refrigeració de micro-canals ja el 1981 i empreses de nova creació com Cooligy també han estat perseguint el concepte de processadors. No obstant això, la indústria dels semiconductors passa de dispositius plans a dispositius tridimensionals i s’està avançant cap a futurs xips amb estructures multicapa, cosa que fa que els canals de refrigeració siguin poc pràctics." Aquest tipus de solució de refrigeració incrustada no és adequada per a processadors i xips moderns, com ara CPU," va dir Tiwei Wei, que estudia solucions de refrigeració electrònica al Centre de Microelectrònica Interuniversitari i KU Luuven a Bèlgica." Al contrari, aquest tipus de tecnologia de refrigeració té el màxim sentit per a l’electrònica de potència," Ell va dir.
Els circuits electrònics de potència gestionen i converteixen l’energia elèctrica, que s’utilitza àmpliament en camps com ara ordinadors, centres de dades, plaques solars i vehicles elèctrics. Van utilitzar dispositius discrets de gran superfície fets amb semiconductors de banda ampla com el nitrur de gal. La densitat de potència d’aquests dispositius ha augmentat bruscament en els darrers anys, cosa que significa que han de ser" connectats a un enorme dissipador de calor," Va dir Matoli.
Recentment, els mòduls electrònics de potència s’han convertit en refrigeració per líquid, ja sigui a través de plaques fredes o sistemes de refrigeració de microcanals. No obstant això, fins ara, tots els sistemes de refrigeració de microcanals s’han fabricat per separat i després s’han combinat amb xips. La capa d’unió augmenta la resistència a la calor i el canal i el dispositiu del circuit no estan alineats.
GG quot; Hem passat al següent nivell," Matoli va dir, fabricant equips i canals de refrigeració en el mateix xip. Van gravar esquerdes de tota una micra a la capa de nitrur de gal·li recoberta del substrat de silici. La ranura té una longitud de 30 μm i una profunditat de 115 μm. Mitjançant una tecnologia especial de gravat de gas, amplien la bretxa del substrat de silici per formar un canal pel qual passa el refrigerant líquid.
Llavors, els investigadors van utilitzar coure per segellar les petites obertures de la capa de nitrur de gal i van fabricar-hi dispositius. Va dir:" Només tenim microcanals en petites zones de l’hòstia, i aquests microcanals tenen contacte amb tots els transistors. Això fa que aquesta tecnologia sigui més eficaç perquè podem extreure molta calor de prop, però el bombament que fem servir La potència és molt petita."
Com a demostració, els investigadors van fer un circuit rectificador AC-DC compost per quatre díodes Schottky, cada díode pot manejar un voltatge d’1,2 kV, un circuit com aquest sol requerir un dissipador de calor de mida primera. Però el xip de circuit integrat amb el sistema de refrigeració líquida es munta en una placa de circuit imprès de la mida d’una unitat flash USB. La placa de circuits consta de tres capes amb canals gravats per subministrar el líquid de refrigeració al xip.
La pantalla mostra que els punts calents amb una densitat de potència superior a 1700 W / cm² només es poden refredar amb una potència de bombament de 0,57 W / cm². En comparació amb el refredament del canal microfluídic que es va informar anteriorment, el rendiment es millora 50 vegades.
Wei va dir," La fiabilitat de la pel·lícula de nitrur de gal i la capa de segellat de coure s’hauria d’estudiar amb el pas del temps. Però aquesta innovadora solució de refrigeració és un pas cap a un sistema de refrigeració electrònic de baix cost, ultra compacte i estalvi d’energia." Un gran pas endavant."
Si esteu interessats en els nostres productes, visiteuwww.hkram.comper obtenir més informació.