Geïntegreerde microchip-koeltechnologie
Of het nu gaat om datacenters, supercomputers of laptops: de grote hoeveelheid warmte die wordt gegenereerd door chips en andere halfgeleidercomponenten is een van de grootste problemen van moderne elektronische producten. Enerzijds beperkt het de prestaties en structurele dichtheid van componenten. Aan de andere kant kost het koelproces zelf veel energie, die wordt gebruikt voor koelventilatoren of vloeistofkoelpompen.
Om dit probleem op te lossen hebben wetenschappers manieren bestudeerd om de efficiëntie van de warmteoverdracht van de chip naar het koelmiddel te verbeteren. Als contactoppervlak tussen het koelsysteem en de chip wordt bijvoorbeeld een metaal met een betere thermische geleidbaarheid gebruikt. De efficiëntie van alle methoden uit het verleden is echter niet erg hoog, en met de verbetering van de efficiëntie van de warmtedissipatie stijgen ook de complexiteit en de productiekosten van een warmtedissipatiesysteem exponentieel.
Nu hebben Zwitserse onderzoekers eindelijk een betere manier gevonden om een chip uit te vinden die geen externe koeling nodig heeft. De in de halfgeleider geïntegreerde microtubuli brengen de koelvloeistof direct rond de transistor, wat niet alleen het warmteafvoereffect van de chip aanzienlijk verbetert, maar ook energie bespaart en toekomstige elektronische producten milieuvriendelijker maakt. De productie van deze geïntegreerde koeling is goedkoper dan het vorige proces.
Het principe van deze oplossing is dat in plaats van koeling vanaf de buitenkant van de chip, de chip direct binnenin wordt gekoeld. Het koelmiddel stroomt van onderaf door de in het halfgeleidermateriaal geïntegreerde microtubuli, waardoor de door de transistor als warmtebron gegenereerde warmte direct wordt afgevoerd. Het microkanaal staat in direct contact met de transistors in de chip, waardoor er een betere verbinding ontstaat tussen de warmtebron en het koelkanaal. De driedimensionale takken van het koelkanaal dragen ook bij aan de distributie van koelvloeistof en verminderen de druk die nodig is voor de circulatie van koelvloeistof.
Uit de voorlopige test van het koelsysteem blijkt dat het meer dan 1,7 kW warmte per vierkante centimeter kan afvoeren, en slechts 0,57 watt pompvermogen per vierkante centimeter. Dit is aanzienlijk minder dan het vermogen dat nodig is voor externe etskoelkanalen. "De waargenomen koelcapaciteit overschrijdt één kilowatt per vierkante centimeter, wat overeenkomt met een 50 keer betere efficiëntie ten opzichte van externe warmteafvoer", aldus de onderzoekers.
De geïntegreerde microchipkoeling heeft nog een voordeel: deze is goedkoper dan de extern toegevoegde koelunit. Omdat koelmicrokanaal- en chipcircuits tijdens de productie direct in halfgeleiders kunnen worden geïntroduceerd, zijn de productiekosten lager. Deze intern gekoelde microchip zal toekomstige elektronische producten compacter en energiebesparend maken.
