Wspólny projekt elektroniki z mikroprzepływami dla bardziej zrównoważonego chłodzenia
Zarządzanie ciepłem to jedno z najważniejszych wyzwań przyszłości elektroniki. Wraz ze stale rosnącym generowaniem danych i szybkością komunikacji, a także ciągłym dążeniem do zmniejszania rozmiarów i kosztów przemysłowych systemów przekształtnikowych, gęstość mocy elektroniki wzrosła. W rezultacie chłodzenie, z jego olbrzymim zużyciem energii i wody, wywiera coraz większy wpływ na środowisko, a nowe technologie są potrzebne do wytwarzania ciepła w bardziej zrównoważony sposób - czyli przy mniejszym zużyciu wody i energii. Osadzenie chłodzenia cieczą bezpośrednio w chipie jest obiecującym podejściem do bardziej wydajnego zarządzania ciepłem. Jednak nawet przy najnowocześniejszych podejściach elektronika i chłodzenie są traktowane osobno, dzięki czemu pełny potencjał energooszczędności wbudowanego chłodzenia pozostaje niewykorzystany.
Wspólnie zaprojektowane urządzenie elektryczne chłodzone mikroprzepływem
Obraz źródłowy: Natura 585, 211-216 (2020)
W tym przypadku naukowcy pokazują, że dzięki wspólnemu projektowaniu mikroprzepływów i elektroniki w ramach tego samego podłoża półprzewodnikowego mogą wytworzyć monolitycznie zintegrowaną, zróżnicowaną strukturę chłodzenia mikrokanałowego o wydajności przekraczającej obecnie dostępne. Ich wyniki pokazują, że przepływy ciepła większe niż 1,7 kilowata na centymetr kwadratowy mogą zostać rozproszone przy wydajności pompy wynoszącej zaledwie 0,57 wata na centymetr kwadratowy. Zaobserwowali bezprecedensowy współczynnik wydajności (ponad 10.000) dla jednofazowego chłodzenia wodą przepływów ciepła przekraczający 1 kilowat na centymetr kwadratowy, co odpowiada 50-krotnemu wzrostowi w porównaniu z prostymi mikrokanałami, a także bardzo wysoką średnią Nusselta liczba 16. Proponowana technologia chłodzenia powinna umożliwić dalszą miniaturyzację elektroniki, dzięki czemu można by rozszerzyć prawo Moore'a i znacznie zmniejszyć zużycie energii przy chłodzeniu elektroniki. Dodatkowo, eliminując duże zewnętrzne radiatory, podejście to powinno umożliwić implementację bardzo kompaktowych przetworników mocy zintegrowanych na jednym chipie.