Çin’den iki fazlı soğutma sistemi: Çiplerden 1.570 watt/cm² ısıyı uzaklaştırıyor, kısa devre riskini azaltıyor.

Çin’in Pekin Üniversitesi araştırmacıları, elektrikle iletmeyen bir sıvıyla çiplerden ısıyı alan gömülü bir soğutma sistemi geliştirdi. İlk testlerde sistem, 1.570 watt santimetrekare değerinde kritik ısı akısına ulaştı.

Tasarım, çip altlığının içindeki ısınan bölgelere yakın tiny soğutucu kanallar yerleştiriyor. Sıvı bu kanallardan geçerken ısıyı emiyor ve kısmen buhara dönüşüyor; oluşan buhar özel düzenlenmiş çıkışlardan uzaklaşıyor.

Entegre devreler, bilgi işleyen veya elektrik sinyallerini kontrol eden birbirine bağlı bileşenlerden oluşuyor. Çalışmaları sırasında ürettikleri ısı hem performans hem de uzun vadeli güvenilir kullanım için etkili soğutmayı zorunlu kılıyor.

Gömülü soğutma, mikrokanalları doğrudan devreleri taşıyan malzemenin içine kazıyarak bu sorunu çözüyor. Böylece soğutucu sıvı ısıyo yoğunlaştığı bölgelere yaklaşıyor ve ısuyu emerek uzaklaştırabiliyor.

Suyun faydalı termal özellikleri olsa da, olası elektrik iletkenliği çip bileşenlerini korumak için önlem gerektiriyor. Bu yüzden araştırmacılar su yerine dielektrik bir soğutucu olan HFE-7100’ü kullandı ve sistemi sıvının sıvıdan buhar durumuna geçişi etrafında tasarladı.

Araştırmacılar, Nature Electronics’te yayımladıkları çalışmada, “Gömülü soğutma—mikrofluidik yapıların çip altlığına doğrudan kazınarak sıvı soğutucuları ısının merkezlerine yaklaştırması—suyu soğutucu olarak kullanarak 3.000 W cm−2’ye kadar ısı akısının uzaklaştırılmasını sağlayabilir” yazdı.

Araştırmacılar, yapıyı elektronik üretimde yaygın kullanılan tekniklerle üretti. Test çiplerinin ısınan bölgelerine yakın kanalların yanı sıra, gelen soğutucuyu dağıtan ve kanallardan çıkan sıvıyı toplayan bir manifold oluşturdu.

Düzenleme, yatay girişleri dikey çıkışlarla birleştiriyor. Taze sıvı yatay olarak girerek soğutucuyu yenilerken, dikey yollar buharın kaçmasını kolaylaştırıyor.

HFE-7100, kanallar içinde kaynayarak ısıyı emiyor. Ortaya çıkan ısınmış sıvı-gaz karışımı çıkışlardan uzaklaşarak enerjiyi çipin dışına taşıyor.

Araştırmacılar, “Gelişmiş ısı transferinin merkezinde, sıvı yenilemeyi kolaylaştıran yatay girişler ve buharın tahliyesini hızlandıran dikey çıkışlara sahip yatay-up manifoldunun mühendisliği yer alıyor” yazdı.

İlk testler, kritik ısı akısının 1.570 watt santimetrekare olduğunu kaydetti. Bu değer, kaynamanın artık etkili soğutma sağlamadığı eşiği işaret ediyor.

Rakam, tüm bir çipten uzaklaştırılan toplam ısıdan ziyade, birim alan başına ısı transferini tanımlıyor. Araştırmacılar, dielektrik soğutma tekniklerinin önceden soğutma ve basınçlandırma olsa bile genellikle 1.000 watt santimetrekarenin altında kaldığını belirtti.

“Yaklaşımımız mikroelektromekanik sistem teknolojisi kullandığı için standart yarı iletken süreçlerle doğrudan entegre edilebilir ve geleceğin elektronikleri için ölçeklendirilebilir” yazdı araştırmacılar.

Dielektrik sıvılar kısa devre riskini azaltır, ancak soğutma performansları genellikle daha düşüktür. Çalışmanın pratik sistemlerdeki ısı yönetiminin ne kadar etkili olduğunu açıklamak için ticari olarak mevcut cihazlar üzerinde ve daha uzun süreli ek testlere ihtiyaç var.

Suda çözünmüş safsızlıklar onu elektriksel iletken kılabileceğinden, su ısuyu etkili şekilde uzaklaştırırken dielektrik sıvılar kısa devre riskini azaltıyor. Nature Electronics’te yayımlanan çalışma, çip soğutmasındaki bu dengeyi gündeme getiriyor.