امروزه ، گرمای تولید شده توسط تجهیزات متراکم الکترونیکی ، مصرف گران قیمت است. به منظور نگه داشتن سیستم در دمای مناسب برای عملکرد بهینه محاسبات ، سیستم خنک کننده در ایالات متحده به اندازه تمام ساکنان فیلادلفیا انرژی و آب مصرف می کند. اکنون ، با ادغام کانال خنک کننده مایع به طور مستقیم در تراشه نیمه هادی ، محققان امیدوارند حداقل این افت در تجهیزات الکترونیکی نیرو را کاهش داده و باعث کاهش ، هزینه کمتر و مصرف انرژی کمتر شود.
الیسون ماتیولی ، استاد مهندسی برق در موسسه فناوری Ecole در لوزان سوئیس می گوید ، به طور سنتی ، دستگاه های الکترونیکی و سیستم های مدیریت حرارتی به طور جداگانه طراحی و تولید می شوند. این مانعی اساسی در بهبود کارایی خنک سازی به وجود می آورد ، زیرا گرما باید در چندین ماده مسافت نسبتاً طولانی را طی کند تا حذف شود. به عنوان مثال ، در پردازنده های امروز&# 39 ، سیفون های مواد حرارتی گرما را از تراشه به غرق گرما مسی بزرگ با هوا خنک می کنند.
به منظور دستیابی به یک راه حل با صرفه جویی در مصرف انرژی بیشتر ، ماتیولی و همکارانش روندی کم هزینه را ایجاد کردند که شبکه سه بعدی کانال های خنک کننده میکروسیال را مستقیماً درون تراشه نیمه هادی قرار می دهد. مایع می تواند گرما را بهتر از هوا حذف کند. ایده این است که میکرومتر خنک کننده را از نقاط داغ تراشه دور نگه دارید.
اما برخلاف فن آوری خنک کننده میکروسیالی که قبلاً گزارش شده بود ، وی گفت:"؛ ما دستگاه های الکترونیکی و سیستم های خنک کننده را از ابتدا طراحی می کنیم."؛ بنابراین ، میکروکانال در زیر منطقه فعال هر دستگاه ترانزیستور قرار دارد ، جایی که دمای آن بالاترین است ، که عملکرد خنک کننده را 50 برابر افزایش می دهد. آنها مفهوم طراحی مشترک خود را در&اخیر نقل کرده اند ؛ Nature"؛ مجله
محققان از اوایل سال 1981 فناوری خنک سازی میکرو کانال را پیشنهاد داده اند و شرکت های نوپایی مانند Cooligy نیز مفهوم پردازنده ها را دنبال کرده اند. با این حال ، صنعت نیمه هادی از دستگاه های مسطح به دستگاه های سه بعدی تبدیل شده و به سمت تراشه های آینده با ساختارهای چند لایه در حال حرکت است ، که کانال های خنک کننده را غیر عملی می کند."؛ این نوع محلول خنک کننده تعبیه شده برای پردازنده ها و تراشه های مدرن مانند CPU ،" مناسب نیست. Tiwei Wei ، که راه حل های خنک کننده الکترونیکی را در مرکز میکروالکترونیک بین دانشگاهی و KU Luuven در بلژیک مطالعه می کند ، گفت." ؛ برعکس ، این نوع فناوری خنک کننده برای الکترونیک قدرت بیشترین معنی را دارد ،"؛ او گفت.
مدارهای الکترونیکی قدرت ، انرژی الکتریکی را که به طور گسترده در زمینه هایی مانند رایانه ، مراکز داده ، صفحات خورشیدی و وسایل نقلیه الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد ، مدیریت و تبدیل می کنند. آنها از وسایل گسسته با مساحت بزرگ ساخته شده از نیمه هادی های باند پهن مانند نیترید گالیم استفاده کردند. چگالی توان این دستگاه ها در چند سال گذشته به شدت افزایش یافته است ، به این معنی که آنها باید&باشند ؛ با یک مخزن بزرگ حرارتی قلاب شده ،" ؛ ماتولی گفت.
اخیراً ماژول های الکترونیکی نیرو ، چه از طریق صفحه های سرد یا سیستم های خنک کننده میکرو کانال ، به خنک سازی مایع تبدیل شده اند. با این حال ، تا به امروز ، تمام سیستم های خنک کننده میکرو کانال به طور جداگانه تولید شده و سپس با تراشه ها ترکیب شده اند. لایه پیوند مقاومت در برابر حرارت را افزایش می دهد و کانال و دستگاه مدار از نزدیک تراز نشده اند.
GG quot؛ ما آن را به سطح بعدی رساندیم،"؛ ماتولی گفت ، با تولید تجهیزات و کانالهای خنک کننده در همان تراشه. آنها ترکهایی به عرض میکرون در لایه نیترید گالیم پوشش داده شده بر روی بستر سیلیکون ایجاد کردند. این شکاف 30 میکرومتر طول و 115 میکرومتر عمق دارد. آنها با استفاده از تکنولوژی اچینگ ویژه گاز ، شکاف موجود در بستر سیلیکون را افزایش داده و کانالی را از طریق مایع خنک کننده مایع تشکیل می دهند.
سپس ، محققان با استفاده از مس ، دهانه های ریز لایه نیترید گالیم را مهر و موم کردند و دستگاه هایی را روی آن ساختند. وی گفت:" ؛ ما فقط میکروکانال هایی در مناطق کوچک ویفر داریم و این میکروکانال ها با هر ترانزیستوری تماس دارند. این باعث کارآیی بیشتر این فناوری می شود زیرا ما می توانیم گرمای زیادی را از همان نزدیکی استخراج کنیم ، اما پمپاژ مورد استفاده ما بسیار کم است."؛
به عنوان یک تظاهرات ، محققان یک مدار یکسوساز AC-DC را تشکیل دادند که از چهار دیود Schottky تشکیل شده است ، هر دیود می تواند ولتاژ 1.2 کیلوولت را کنترل کند ، یک مدار مانند این معمولاً به یک مخزن گرم به اندازه مشت نیاز دارد. اما تراشه مدار با سیستم خنک کننده مایع بر روی صفحه مدار چاپی به اندازه درایو فلش USB نصب شده است. برد مدار از سه لایه تشکیل شده است که کانال هایی روی آن حک شده اند تا مایع خنک کننده را به تراشه برسانند.
صفحه نمایش نشان می دهد که نقاط گرم با چگالی توان بیش از 1700 وات بر سانتی متر مربع فقط با 0.57 وات بر سانتی متر مکعب می توانند خنک شوند. در مقایسه با خنک کننده کانال میکروسیال که قبلاً گزارش شده بود ، عملکرد 50 برابر بهبود می یابد.
وی گفت ،" ؛ قابلیت اطمینان فیلم نیترید گالیم و لایه آب بندی مس باید در طول زمان مورد بررسی قرار گیرد. اما این راه حل خنک کننده ابتکاری گامی به سوی&است ؛ سیستم خنک کننده الکترونیکی با هزینه کم ، فوق العاده جمع و جور و کم مصرف."؛ یک قدم بزرگ به جلو."؛
اگر به محصولات ما علاقه مند هستید ، لطفاً مراجعه کنیدwww.hkram.comاطلاعات بیشتر