В настоящее время тепло, выделяемое плотным электронным оборудованием, является дорогостоящим потреблением ресурсов. Чтобы поддерживать в системе нужную температуру для оптимальной производительности вычислений, система охлаждения в Соединенных Штатах потребляет столько же энергии и воды, сколько все жители Филадельфии. Теперь, интегрируя канал жидкостного охлаждения непосредственно в полупроводниковый чип, исследователи надеются, по крайней мере, уменьшить эти потери в силовом электронном оборудовании, сделав его меньше, дешевле и потребляя меньше энергии.
«Традиционно электронные устройства и системы терморегулирования разрабатываются и производятся отдельно», - говорит Элисон Матиоли, профессор электротехники в Технологическом институте Ecole в Лозанне, Швейцария. Это создает фундаментальное препятствие для повышения эффективности охлаждения, потому что тепло должно проходить относительно большое расстояние в нескольких материалах, чтобы его отвести. Например, в современных процессорах&# 39 сифоны из теплового материала передают тепло от микросхемы к громоздкому медному радиатору с воздушным охлаждением.
Чтобы получить более энергоэффективное решение, Матиоли и его коллеги разработали недорогой процесс, который помещает трехмерную сеть каналов микрожидкостного охлаждения непосредственно в полупроводниковый чип. Жидкость отводит тепло лучше воздуха. Идея состоит в том, чтобы держать микрометр охлаждающей жидкости подальше от горячих точек микросхемы.
Но в отличие от технологии микрожидкостного охлаждения, о которой сообщалось ранее, он сказал:" Мы проектируем электронные устройства и системы охлаждения с самого начала." Следовательно, микроканал расположен ниже активной области каждого транзисторного устройства, где его температура самая высокая, что увеличивает эффективность охлаждения в 50 раз. Они сообщили о своей общей концепции дизайна в недавнем издании" Nature" ;. журнал.
Исследователи предложили технологию микроканального охлаждения еще в 1981 году, и начинающие компании, такие как Cooligy, также разрабатывали концепцию процессоров. Однако полупроводниковая промышленность переходит от планарных устройств к трехмерным и переходит к будущим микросхемам с многослойной структурой, что делает каналы охлаждения непрактичными." Этот вид встроенного охлаждающего решения не подходит для современных процессоров и микросхем, таких как CPU," - сказал Тивэй Вэй, изучающий решения для электронного охлаждения в Межвузовском центре микроэлектроники и KU Luuven в Бельгии." Напротив, такая технология охлаждения наиболее подходит для силовой электроники," он сказал.
Силовые электронные схемы управляют и преобразуют электрическую энергию, которые широко используются в таких областях, как компьютеры, центры обработки данных, солнечные батареи и электромобили. Они использовали дискретные устройства большой площади, сделанные из широкозонных полупроводников, таких как нитрид галлия. Удельная мощность этих устройств резко выросла за последние несколько лет, а это означает, что они должны быть подключены к" огромному радиатору" - сказал Матоли.
В последнее время силовые электронные модули перешли на жидкостное охлаждение, будь то холодные пластины или микроканальные системы охлаждения. Однако на сегодняшний день все микроканальные системы охлаждения изготавливаются отдельно, а затем комбинируются с микросхемами. Связующий слой увеличивает термостойкость, а канал и схемное устройство не совмещены друг с другом.
GG quot; Мы перешли на новый уровень," Матоли сказал, производя оборудование и каналы охлаждения в одном чипе. Они протравили микронные трещины в слое нитрида галлия, нанесенном на кремниевую подложку. Щель имеет длину 30 мкм и глубину 115 мкм. Используя специальную технологию газового травления, они расширяют зазор на кремниевой подложке, образуя канал, по которому проходит жидкий хладагент.
Затем исследователи использовали медь, чтобы закрыть крошечные отверстия в слое нитрида галлия, и изготовили на нем устройства. Он сказал:" У нас есть микроканалы только в крошечных областях пластины, и эти микроканалы имеют контакт с каждым транзистором. Это делает эту технологию более эффективной, потому что мы можем извлекать много тепла из ближайшего окружения, но накачка, которую мы используем. Мощность очень мала."
В качестве демонстрации исследователи создали схему выпрямителя постоянного и переменного тока, состоящую из четырех диодов Шоттки, каждый из которых может выдерживать напряжение 1,2 кВ, для такой схемы обычно требуется радиатор размером с кулак. Но микросхема, интегрированная с системой жидкостного охлаждения, смонтирована на печатной плате размером с USB-накопитель. Печатная плата состоит из трех слоев с выгравированными на ней каналами для подачи охлаждающей жидкости к микросхеме.
На дисплее показано, что горячие точки с удельной мощностью более 1700 Вт / см² можно охладить за счет мощности накачки всего 0,57 Вт / см². По сравнению с ранее описанным охлаждением микрожидкостного канала, производительность улучшена в 50 раз.
Вэй сказал: «Надежность пленки нитрида галлия и медного герметизирующего слоя должна быть изучена с течением времени. Но это инновационное решение для охлаждения - это шаг к недорогой, сверхкомпактной и энергосберегающей силовой электронной системе охлаждения GG." Большой шаг вперед."
Если вас интересуют наши продукты, посетитеwww.hkram.comполучить больше информации.