Illum il-ġurnata, is-sħana ġġenerata minn tagħmir elettroniku dens hija konsum ta 'riżorsi għaljin. Sabiex iżżomm is-sistema fit-temperatura t-tajba għal prestazzjoni ottimali tal-kompjuters, is-sistema tat-tkessiħ fl-Istati Uniti tikkonsma enerġija u ilma daqs ir-residenti kollha ta 'Philadelphia. Issa, billi jintegraw il-kanal tat-tkessiħ tal-likwidu direttament fiċ-ċippa tas-semikondutturi, ir-riċerkaturi jittamaw li tal-inqas inaqqsu dan it-telf f'tagħmir elettroniku tal-enerġija, u jagħmluh iżgħar, spejjeż aktar baxxi, u konsum ta 'enerġija aktar baxx.
Tradizzjonalment, apparat elettroniku u sistemi ta ’mmaniġġjar termali huma ddisinjati u manifatturati separatament, tgħid Elison Matioli, professur tal-inġinerija elettrika fl-Istitut tat-Teknoloġija Ecole f’Lausanne, l-Isvizzera. Dan iġib ostaklu fundamentali biex titjieb l-effiċjenza tat-tkessiħ, minħabba li s-sħana trid tivvjaġġa distanza relattivament twila f'materjali multipli li għandhom jitneħħew. Pereżempju, fil-proċessuri tal-lum&# 39, is-sifuni tal-materjal termali jittrasferixxu s-sħana miċ-ċippa għas-sink tas-sħana tar-ram imkessaħ bl-arja goff.
Sabiex jiksbu soluzzjoni aktar effiċjenti fl-enerġija, Matioli u l-kollegi tiegħu żviluppaw proċess bi prezz baxx li jpoġġi n-netwerk 3D tal-kanali tat-tkessiħ mikrofluwdiċi direttament fiċ-ċippa tas-semikondutturi. Il-likwidu jista 'jneħħi s-sħana aħjar mill-arja. L-idea hi li żżomm il-mikrometru li jkessaħ 'il bogħod mill-hot spots taċ-ċippa.
Iżda b'differenza mit-teknoloġija ta 'tkessiħ mikrofluwidu rrappurtata qabel, huwa qal: "Aħna niddisinjaw apparat elettroniku u sistemi ta' tkessiħ mill-bidu." Għalhekk, il-mikrokanali tinsab taħt iż-żona attiva ta 'kull apparat transistor, fejn it-temperatura tagħha L-ogħla, li żżid il-prestazzjoni tat-tkessiħ b'50 darba. Huma rrappurtaw il-kunċett tad-disinn komuni tagħhom fil-" reċenti; Natura" rivista.
Ir-riċerkaturi pproponew teknoloġija tat-tkessiħ tal-mikro-kanali sa mill-1981, u kumpaniji tal-bidu bħal Cooligy ilhom ukoll isegwu l-kunċett tal-proċessuri. Madankollu, l-industrija tas-semikondutturi qed tinbidel minn apparat ċatt għal apparat tridimensjonali, u miexja lejn ċipep futuri bi strutturi b'ħafna saffi, li jagħmlu l-kanali tat-tkessiħ mhux prattiċi." Dan it-tip ta 'soluzzjoni inkorporata ta' tkessiħ mhix adattata għal proċessuri u ċipep moderni, bħal CPUs," qal Tiwei Wei, li jistudja soluzzjonijiet ta 'tkessiħ elettroniku fiċ-Ċentru tal-Mikroelettronika Interuniversitarja u KU Luuven fil-Belġju." Għall-kuntrarju, dan it-tip ta 'teknoloġija tat-tkessiħ jagħmel l-iktar sens għall-elettronika tal-qawwa," hu qal.
Ċirkwiti elettroniċi tal-enerġija jimmaniġġjaw u jikkonvertu l-enerġija elettrika, li tintuża ħafna f'oqsma bħal kompjuters, ċentri tad-dejta, pannelli solari, u vetturi elettriċi. Huma użaw apparat diskret ta 'żona kbira magħmul minn semikondutturi ta' bandgap wiesa 'bħal nitroġenu tal-gallju. Id-densità tal-qawwa ta 'dawn l-apparati żdiedet sew f'dawn l-aħħar ftit snin, li jfisser li għandhom ikunu" imqabbdin ma' sink tas-sħana enormi," Qal Matoli.
Riċentement, moduli elettroniċi tal-enerġija daru għal tkessiħ likwidu, kemm jekk permezz ta 'pjanċi kesħin jew sistemi ta' tkessiħ mikro-kanali. Madankollu, sal-lum, is-sistemi kollha tat-tkessiħ tal-mikrokanali ġew manifatturati separatament u mbagħad ikkombinati maċ-ċipep. Is-saff li jgħaqqad iżid ir-reżistenza tas-sħana, u l-kanal u l-apparat taċ-ċirkwit mhumiex allinjati mill-qrib.
& quot; Ħadnieh għal-livell li jmiss," Matoli qal, billi jimmanifattura tagħmir u kanali tat-tkessiħ fl-istess ċippa. Huma nċiżi xquq madwar il-mikron fis-saff tan-nitrur tal-gallju miksi fuq is-sottostrat tas-silikon. Il-qasma hija twila 30μm u fonda 115μm. Bl-użu ta 'teknoloġija speċjali ta' inċiżjoni bil-gass, huma jwessgħu d-distakk fuq is-sottostrat tas-silikon biex jiffurmaw kanal li minnu jgħaddi l-likwidu li jkessaħ.
Imbagħad, ir-riċerkaturi użaw ir-ram biex jissiġillaw il-fetħiet ċkejkna fis-saff tan-nitrur tal-gallju u apparat iffabbrikat fuqu. Huwa qal:" Għandna biss mikrokanali f'żoni ċkejkna tal-wejfer, u dawn il-mikrokanali huma f'kuntatt ma 'kull transistor. Dan jagħmel din it-teknoloġija aktar effettiva għax nistgħu noħorġu ħafna sħana mill-viċin, imma l-ippumpjar li nużaw Il-qawwa hija żgħira ħafna."
Bħala dimostrazzjoni, ir-riċerkaturi għamlu ċirkwit tar-rettifikatur AC-DC magħmul minn erba 'dijodi Schottky. Kull dijodu jista 'jimmaniġġja 1.2kV. Ċirkwit bħal dan ġeneralment jeħtieġ sink tas-sħana daqs il-ponn. Imma ċ-ċirkwit taċ-ċirkwit integrat mas-sistema tat-tkessiħ likwidu huwa mmuntat fuq bord taċ-ċirkwit stampat tad-daqs ta 'USB flash drive. Iċ-ċirkwit bord jikkonsisti fi tliet saffi bi kanali mnaqqxa fuqu biex iwassal il-likwidu li jkessaħ liċ-ċippa.
Il-wirja turi li hot spots b'densità ta 'qawwa ta' aktar minn 1700 W / cm² jistgħu jitkessħu biss b'power ta 'ppumpjar ta' 0.57 W / cm². Meta mqabbel mat-tkessiħ tal-kanal mikrofluwidu rrappurtat qabel, il-prestazzjoni titjieb b'50 darba.
Wei qal," L-affidabilità tal-film tan-nitrur tal-gallju u s-saff tas-siġillar tar-ram għandha tiġi studjata maż-żmien. Iżda din is-soluzzjoni innovattiva għat-tkessiħ hija pass lejn sistema ta 'tkessiħ elettroniku ta' enerġija bi prezz baxx, ultra-kompatt u li tiffranka l-enerġija." Pass kbir 'il quddiem."