Жидкое охлаждение в микроэлектронике
Если вы немного разбираетесь в электронике, то возможно слышали, что от перегрева устройства работают значительно медленнее. Однако если охлаждение простого компьютера обходится парой куллеров. То в сложных и ультратонких вычислительных машинах требуются новые решения
Повысит производительность может интеграция каналов микрожидкостного охлаждения в микросхемы для предотвращения их перегрева. Однако такая интеграция значительно увеличивает сложность изготовления микросхем и увеличивает их стоимость.
Силовая электроника - это твердотельные электронные устройства, которые преобразуют электроэнергию в различные формы и используются в широком спектре повседневных приложений - от компьютеров до зарядных устройств, от кондиционеров до гибридных электромобилей и даже спутников. Растущий спрос на все более эффективную и компактную силовую электронику означает, что количество энергии, преобразуемой на единицу объема этих устройств, резко увеличилось. Это, в свою очередь, увеличило тепловой поток устройств - количество тепла, выделяемого на единицу площади.
Микрожидкостные системы охлаждения имеют большой потенциал для снижения температуры электронных устройств из-за эффективности, с которой тепло может передаваться этим системам.
Исследователи из Швейцарии же разработали то, что они описывают как монолитно интегрированный микроканал коллектора (mMMC) — систему, в которой EMMC интегрированы и изготовлены с микросхемой на едином кристалле. Скрытые каналы встроены прямо под активными областями микросхемы, так что охлаждающая жидкость проходит непосредственно под источниками тепла. Процесс создания mММС включает три этапа. Сначала на кремниевой подложке, покрытой слоем полупроводникового нитрида галлия (GaN), протравливаются узкие щели; глубина прорезей определяет глубину создаваемых каналов. Затем используется процесс, известный как травление изотропным газом, для расширения щелей в кремнии до конечной ширины каналов; короткие участки каналов соединяются для создания более протяженных систем. После этого отверстия в слое GaN поверх каналов заделываются медью. Электронное устройство может быть изготовлено в слое GaN. Новый процесс не требует соединительной системы между коллектором и устройством.
Ученые совершили прорыв, разработав то, что они описывают как монолитно интегрированный микроканал коллектора - систему, в которой интегрированы и совместно изготовлены с микросхемой в едином кристалле. Таким образом, скрытые каналы встроены прямо под активными участками микросхемы, так что охлаждающая жидкость проходит непосредственно под источниками тепла.
Эти результаты впечатляют, но, как и при любом техническом прогрессе, еще многое предстоит сделать. Например, структурная целостность тонкого слоя GaN должна быть изучена с течением времени, чтобы увидеть, как долго он остается стабильным. Более того, авторы использовали клей, максимальная рабочая температура которого составляет 120 ° C, для соединения микроканалов в устройствах с каналами доставки жидкости на поддерживающей печатной плате. Это означает, что собранная система не выдержит более высоких температур, таких как типичная температура (250 ° C), используемая во время пайки оплавлением - процесса, обычно используемого при производстве электронных устройств. Следовательно, необходимо будет разработать гидравлические соединения, совместимые с температурами, используемыми в производстве.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Наставник ИТ-квантума - Балакан Владислав Олегович