Innebygde CPU-kjøleteknologiapplikasjoner
Enten det er datasentre, superdatamaskiner eller bærbare datamaskiner: den store mengden varme som genereres av brikker og andre halvlederkomponenter er et av de største problemene med moderne elektroniske produkter. På den ene siden begrenser det ytelsen og den strukturelle tettheten til komponenter. På den annen side bruker selve kjøleprosessen mye energi, som brukes til kjølevifter eller væskekjølepumper.
For å løse dette problemet har forskere studert måter å forbedre effektiviteten av varmeoverføring fra brikken til kjølevæsken. For eksempel brukes et metall med bedre varmeledningsevne som kontaktflate mellom kjølesystemet og brikken. Imidlertid er effektiviteten til alle metoder tidligere ikke veldig høy, og med forbedringen av varmespredningseffektiviteten øker kompleksiteten og produksjonskostnadene til varmespredningssystemet også eksponentielt.
Nå har sveitsiske forskere endelig funnet en bedre måte å finne opp en brikke som ikke trenger ekstern kjøling. Mikrotubulene integrert i halvlederen vil bringe kjølevæsken direkte rundt transistoren, noe som ikke bare forbedrer varmeavledningseffekten til brikken, men også sparer energi og gjør fremtidige elektroniske produkter mer miljøvennlige. Produksjonen av denne integrerte kjølingen er billigere enn den forrige prosessen.
Prinsippet for denne løsningen er at i stedet for å kjøle fra utsiden av brikken, kjøles brikken direkte på innsiden. Kjølevæsken strømmer gjennom mikrotubuli som er integrert i halvledermaterialet nedenfra, noe som betyr at varmen som genereres av transistoren som varmekilde vil bli ledet direkte bort. Mikrokanalen er i direkte kontakt med transistorene i brikken, noe som etablerer en bedre forbindelse mellom varmekilden og kjølekanalen. De tredimensjonale grenene til kjølekanalen bidrar også til fordeling av kjølevæske og reduserer trykket som kreves for kjølevæskesirkulasjon.
Den foreløpige testen av kjølesystemet viser at det kan spre mer enn 1,7 kW varme per kvadratcentimeter, og bare 0.57 watt pumpeeffekt per kvadratcentimeter. Dette er betydelig mindre enn kraften som kreves for eksterne etsende kjølekanaler. "Den observerte kjølekapasiteten overstiger en kilowatt per kvadratcentimeter, noe som tilsvarer en 50 ganger forbedring i effektivitet i forhold til ekstern varmespredning," sa forskerne.
Den integrerte mikrobrikkekjølingen har en annen fordel: den er billigere enn kjøleenheten som legges til eksternt. Fordi kjølemikrokanal- og brikkekretser kan introduseres direkte i halvledere i produksjon, er produksjonskostnadene lavere. Denne internt avkjølte mikrobrikken vil gjøre fremtidige elektroniske produkter mer kompakte og energibesparende.
