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 verbruikt 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. Er wordt bijvoorbeeld een metaal met een betere thermische geleidbaarheid gebruikt als contactoppervlak tussen het koelsysteem en de chip. De efficiëntie van alle methoden in het verleden is echter niet erg hoog, en met de verbetering van de efficiëntie van de warmteafvoer stijgen ook de complexiteit en fabricagekosten van het warmteafvoersysteem 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 warmteafvoerende effect van de chip sterk 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 aan de buitenkant van de chip, de chip direct aan de binnenkant 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 transistoren in de chip, waardoor er een betere verbinding ontstaat tussen de warmtebron en het koelkanaal. De driedimensionale aftakkingen van het koelkanaal dragen ook bij aan de verdeling van het koelmiddel en verminderen de druk die nodig is voor de koelmiddelcirculatie.
De voorlopige test van het koelsysteem laat zien 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 hogere efficiëntie dan externe warmteafvoer", aldus de onderzoekers.
De geïntegreerde microchipkoeling heeft nog een voordeel: het is goedkoper dan de extern toegevoegde koeleenheid. Omdat koelende microkanaal- en chipcircuits direct in de productie van halfgeleiders kunnen worden geïntroduceerd, zijn de fabricagekosten lager. Deze intern gekoelde microchip zal toekomstige elektronische producten compacter en energiezuiniger maken.
