今日では、高密度の電子機器によって発生する熱は、高価なリソース消費です。 コンピューティング パフォーマンスを最適化するためにシステムを適切な温度に保つために、米国の冷却システムは、フィラデルフィアのすべての居住者と同じ量のエネルギーと水を消費します。 現在、研究者は、液体冷却チャネルを半導体チップに直接統合することにより、パワー エレクトロニクス機器のこの損失を少なくとも削減し、小型化、低コスト、およびエネルギー消費の削減を望んでいます。
伝統的に、電子デバイスと熱管理システムは別々に設計および製造されていると、スイスのローザンヌにあるエコール工科大学の電気工学の教授である Elison Matioli は言います。 これは、冷却効率の向上に根本的な障害をもたらします。これは、熱が除去される複数の材料を比較的長い距離移動する必要があるためです。 たとえば、今日の' プロセッサでは、熱物質サイフォンがチップからかさばる空冷銅製ヒートシンクに熱を伝達します。
よりエネルギー効率の高いソリューションを得るために、Matioli 氏と彼の同僚は、マイクロ流体冷却チャネルの 3D ネットワークを半導体チップに直接組み込む低コストのプロセスを開発しました。 液体は空気よりも熱をよく取り除くことができます。 アイデアは、クーラント マイクロメータをチップのホット スポットから遠ざけることです。
しかし、以前に報告されたマイクロ流体冷却技術とは異なり、彼は次のように述べています。&引用; したがって、マイクロチャネルは各トランジスタデバイスのアクティブ領域の下にあり、その温度が最も高く、冷却性能が 50 倍に向上します。 彼らは最近の"Nature" で共通のデザイン コンセプトを報告しました。 マガジン。
研究者は 1981 年という早い時期にマイクロチャネル冷却技術を提案しており、Cooligy などの新興企業もプロセッサの概念を追求しています。 ただし、半導体業界は平面デバイスから 3 次元デバイスに移行しており、多層構造の将来のチップに移行しているため、冷却チャネルは実用的ではありません。"この種の組み込み冷却ソリューションは、CPU などの最新のプロセッサやチップには適していません。GG quot; ベルギーの Interuniversity Microelectronics Center と KU Luuven で電子冷却ソリューションを研究している Tiwei Wei は次のように述べています。"逆に、この種の冷却技術は、パワー エレクトロニクスにとって最も理にかなっています。GG quot; 彼は言った。
パワー エレクトロニクス回路は、コンピューター、データ センター、ソーラー パネル、電気自動車などの分野で広く使用されている電気エネルギーを管理および変換します。 彼らは、窒化ガリウムなどのワイドバンドギャップ半導体で作られた大面積ディスクリートデバイスを使用していました。 これらのデバイスの電力密度はここ数年で急激に上昇しています。つまり、GG quot;巨大なヒートシンク" に接続する必要があります。 マトリは言った。
最近、パワー エレクトロニクス モジュールは、コールド プレートまたはマイクロ チャネル冷却システムによる液体冷却に変わりました。 ただし、これまで、すべてのマイクロ チャネル冷却システムは個別に製造され、チップと組み合わされていました。 接合層により耐熱性が向上し、チャネルと回路デバイスの位置がずれます。
GG quot;私たちはそれを次のレベルに引き上げました、GG quot; Matoli 氏によると、同じチップ内に装置と冷却チャネルを製造することによって。 彼らは、シリコン基板上にコーティングされた窒化ガリウム層にミクロン幅のクラックをエッチングした。 スリットは長さ30μm、深さ115μmです。 特殊なガスエッチング技術を用いて、シリコン基板の隙間を広げ、冷却液が流れる流路を形成します。
次に、研究者たちは、窒化ガリウム層の小さな開口部を銅で塞ぎ、その上にデバイスを作製しました。 彼は次のように述べています。GG : マイクロチャネルはウェーハの小さな領域にしかなく、これらのマイクロチャネルはすべてのトランジスタと接触しています。 これにより、近くから多くの熱を抽出できるため、この技術はより効果的ですが、使用するポンピング 電力は非常に小さいです。&引用;
デモンストレーションとして、研究者は4つのショットキーダイオードで構成されたAC-DC整流回路を作成しました.各ダイオードは1.2kVの電圧を処理できます.このような回路には通常、拳サイズのヒートシンクが必要です. しかし、液体冷却システムと統合された回路チップは、USB フラッシュ ドライブのサイズのプリント基板に実装されています。 回路基板は 3 層で構成されており、冷却液をチップに供給するためのチャネルが刻まれています。
このディスプレイは、出力密度が 1700 W/cm² を超えるホット スポットは、わずか 0.57 W/cm² のポンピング電力で冷却できることを示しています。 以前に報告されたマイクロ流体チャネル冷却と比較して、パフォーマンスは 50 倍向上しています。
Wei 氏は次のように述べています. しかし、この革新的な冷却ソリューションは、GG quot;低コスト、超コンパクト、省エネのパワー エレクトロニクス冷却システムへの一歩です。&引用; 大きな前進。&引用;
当社の製品に興味がある場合は、www.hkram.comより多くの情報を。