Nú á dögum er hitinn sem myndast af þéttum rafeindabúnaði dýr auðlindanotkun. Til að kerfið haldist við rétt hitastig til að ná sem bestum tölvuafköstum, þá notar kælikerfið í Bandaríkjunum jafn mikla orku og vatn og allir íbúar Fíladelfíu. Nú, með því að samþætta fljótandi kælirásina beint í hálfleiðara flísina, vonast vísindamenn til að minnsta kosti til að draga úr þessu tapi á rafeindabúnaði, sem gerir hana minni, lægri kostnað og minni orkunotkun.
Hefð er fyrir því að raftæki og hitastjórnunarkerfi eru hönnuð og framleidd sérstaklega, segir Elison Matioli, prófessor í rafmagnsverkfræði við Ecole Institute of Technology í Lausanne, Sviss. Þetta leiðir til grundvallarhindrunar á því að bæta kælingu skilvirkni, því hiti verður að fara tiltölulega langa vegalengd í mörgum efnum til að fjarlægja. Til dæmis, í örgjörvum í dag', flytja sílur úr varmaefni hita frá flísinni í fyrirferðarmikill loftkældan koparhitaskál.
Til að fá orkunýtnari lausn þróuðu Matioli og samstarfsmenn hans ódýrt ferli sem setur þrívíddarkerfi örfljótandi kælibúnaðar beint í hálfleiðara flísina. Vökvi getur fjarlægt hita betur en loft. Hugmyndin er að halda kælivökva míkrómetra í burtu frá heitum blettum flísarinnar.
En ólíkt því sem áður hefur verið tilkynnt um örflæði kælingartækni, sagði hann: „Við hönnum rafeindatæki og kælikerfi frá upphafi. Þess vegna er örrásin staðsett fyrir neðan virka svæði hvers transistor tækis, þar sem hitastig hennar er hæst, sem eykur kælingu um 50 sinnum. Þeir greindu frá sameiginlegu hönnunarhugtaki sínu í nýlegri" Nature" tímarit.
Vísindamenn hafa lagt til kælitækni með örrásum strax árið 1981 og sprotafyrirtæki eins og Cooligy hafa einnig verið að sækjast eftir hugmyndinni um örgjörva. Hins vegar er hálfleiðaraiðnaðurinn að færast úr flatbúnaði í þrívíddarbúnað og stefnir í átt að framtíðarflögum með marglaga mannvirki, sem gerir kælibúnað óframkvæmanlegan." Þessi tegund af innbyggðri kælilausn er ekki hentugur fyrir nútíma örgjörva og flís, svo sem örgjörva," sagði Tiwei Wei, sem rannsakar rafrænar kælilausnir við Interuniversity Microelectronics Center og KU Luuven í Belgíu." Þvert á móti, þessi kælingartækni er skynsamlegust fyrir rafmagnsrafmagn," sagði hann.
Rafræn rafrásir stjórna og umbreyta raforku, sem er mikið notuð á sviðum eins og tölvum, gagnaverum, sólarplötur og rafknúnum ökutækjum. Þeir notuðu aðskilin tæki á stóru svæði úr hálfleiðara eins og gallíumnítríði. Aflþéttleiki þessara tækja hefur aukist verulega á undanförnum árum, sem þýðir að þau verða að vera" tengd við mikinn hitaskáp," Sagði Matoli.
Að undanförnu hafa rafræn einingar snúið sér að fljótandi kælingu, hvort sem er í gegnum kaldar plötur eða örrás kælikerfi. Samt sem áður hafa öll örrás kælikerfi verið framleidd sérstaklega og síðan sameinuð flögum. Límlagið eykur hitaþol og rásin og hringrásartækið eru ekki nátengd.
& quot; Við tókum það á næsta stig," Matoli sagði, með því að framleiða búnað og kæla rásir í sömu flís. Þeir ætuðu míkronbreiðar sprungur í gallíumnítríðlaginu sem var húðað á kísill hvarfefni. Rifa er 30μm löng og 115μm djúp. Með því að nota sérstaka gasetningartækni víkka þeir bilið á kísill undirlaginu til að mynda farveg sem fljótandi kælivökvinn fer í gegnum.
Þá notuðu vísindamennirnir kopar til að innsigla örsmáu opin í gallíumnítríðlaginu og búa til tæki á því. Hann sagði:" Við höfum aðeins örrás á örsmáum svæðum í skífunni og þessar örrásir eru í snertingu við hvern smára. Þetta gerir þessa tækni skilvirkari vegna þess að við getum dregið mikinn hita úr nágrenninu, en dælan sem við notum Aflið er mjög lítið."
Til sýnis gerðu vísindamennirnir AC-DC rectifier hringrás sem samanstendur af fjórum Schottky díóða. Hver díóða þolir 1,2kV. Hringrás eins og þessi krefst venjulega hnefastórs kælibúnaðar. En hringrásarkubburinn sem er samþættur fljótandi kælikerfi er festur á prentplötu sem er á stærð við USB glampi drif. Hringborðið samanstendur af þremur lögum með rásum grafið á það til að skila kælivökva til flísarinnar.
Skjárinn sýnir að heitir punktar með aflþéttleika meira en 1700 W/cm² er aðeins hægt að kæla með 0,57 W/cm² dælustyrk. Í samanburði við áður tilkynnta örflæðisrásarkælingu er afköstin bætt um 50 sinnum.
Wei sagði," Rannsaka ætti áreiðanleika gallíumnítríðfilmu og koparþéttingarlag með tímanum. En þessi nýstárlega kælilausn er skref í átt að" ódýrt, ofurþjappað og orkusparandi rafrænt rafrænt kælikerfi." Stórt skref fram á við."