Saat ini, panas yang dihasilkan oleh peralatan elektronik padat merupakan konsumsi sumber daya yang mahal. Untuk menjaga sistem pada suhu yang tepat untuk kinerja komputasi yang optimal, sistem pendingin di Amerika Serikat mengkonsumsi energi dan air sebanyak semua penduduk Philadelphia. Sekarang, dengan mengintegrasikan saluran pendingin cair langsung ke dalam chip semikonduktor, para peneliti berharap untuk setidaknya mengurangi kerugian ini pada peralatan elektronika daya, membuatnya lebih kecil, biaya lebih rendah, dan konsumsi energi lebih rendah.
Secara tradisional, perangkat elektronik dan sistem manajemen termal dirancang dan diproduksi secara terpisah, kata Elison Matioli, profesor teknik listrik di Ecole Institute of Technology di Lausanne, Swiss. Hal ini membawa hambatan mendasar untuk meningkatkan efisiensi pendinginan, karena panas harus menempuh jarak yang relatif jauh di beberapa bahan untuk dihilangkan. Misalnya, pada prosesor's hari ini, siphon material termal mentransfer panas dari chip ke heat sink tembaga berpendingin udara yang besar.
Untuk mendapatkan solusi yang lebih hemat energi, Matioli dan rekan-rekannya mengembangkan proses berbiaya rendah yang menempatkan jaringan 3D saluran pendingin mikofluida langsung ke dalam chip semikonduktor. Cairan dapat menghilangkan panas lebih baik daripada udara. Idenya adalah untuk menjaga mikrometer pendingin jauh dari titik panas chip.
Tapi tidak seperti teknologi pendingin mikrofluida yang dilaporkan sebelumnya, dia berkata:"Kami merancang perangkat elektronik dan sistem pendingin dari awal.&kutipan; Oleh karena itu, saluran mikro terletak di bawah area aktif setiap perangkat transistor, di mana suhunya tertinggi, yang meningkatkan kinerja pendinginan hingga 50 kali lipat. Mereka melaporkan konsep desain umum mereka dalam kutipan&baru-baru ini; Nature" majalah.
Para peneliti telah mengusulkan teknologi pendinginan saluran mikro pada awal 1981, dan perusahaan baru seperti Cooligy juga telah mengejar konsep prosesor. Namun, industri semikonduktor bergeser dari perangkat planar ke perangkat tiga dimensi, dan bergerak menuju chip masa depan dengan struktur multilayer, yang membuat saluran pendingin tidak praktis."Solusi pendinginan tertanam semacam ini tidak cocok untuk prosesor dan chip modern, seperti CPU," kata Tiwei Wei, yang mempelajari solusi pendinginan elektronik di Interuniversity Microelectronics Center dan KU Luuven di Belgia."Sebaliknya, teknologi pendinginan semacam ini paling masuk akal untuk elektronika daya," dia berkata.
Sirkuit elektronik daya mengelola dan mengubah energi listrik, yang banyak digunakan di bidang-bidang seperti komputer, pusat data, panel surya, dan kendaraan listrik. Mereka menggunakan perangkat diskrit area besar yang terbuat dari semikonduktor celah pita lebar seperti galium nitrida. Kepadatan daya perangkat ini telah meningkat tajam dalam beberapa tahun terakhir, yang berarti bahwa mereka harus terhubung dengan pendingin besar," kata Matoli.
Baru-baru ini, modul elektronik daya telah beralih ke pendingin cair, baik melalui pelat dingin atau sistem pendingin saluran mikro. Namun, hingga saat ini, semua sistem pendingin saluran mikro telah diproduksi secara terpisah dan kemudian digabungkan dengan chip. Lapisan ikatan meningkatkan ketahanan panas, dan saluran dan perangkat sirkuit tidak sejajar.
GG quot;Kami membawanya ke level berikutnya," Matoli mengatakan, dengan membuat peralatan dan saluran pendingin dalam chip yang sama. Mereka mengukir retakan selebar mikron di lapisan galium nitrida yang dilapisi pada substrat silikon. Celah tersebut memiliki panjang 30μm dan kedalaman 115μm. Menggunakan teknologi etsa gas khusus, mereka memperlebar celah pada substrat silikon untuk membentuk saluran yang dilalui cairan pendingin.
Kemudian, para peneliti menggunakan tembaga untuk menutup lubang kecil di lapisan galium nitrida dan membuat perangkat di atasnya. Dia berkata:"Kami hanya memiliki saluran mikro di area kecil wafer, dan saluran mikro ini memiliki kontak dengan setiap transistor. Hal ini membuat teknologi ini lebih efektif karena kita dapat mengekstrak banyak panas dari sekitar, tetapi pemompaan yang kita gunakan Dayanya sangat kecil.&kutipan;
Sebagai demonstrasi, peneliti membuat rangkaian penyearah AC-DC yang terdiri dari empat dioda Schottky, masing-masing dioda dapat menangani tegangan 1,2kV, rangkaian seperti ini biasanya membutuhkan heat sink seukuran kepalan tangan. Tetapi chip sirkuit yang terintegrasi dengan sistem pendingin cair dipasang pada papan sirkuit tercetak seukuran USB flash drive. Papan sirkuit terdiri dari tiga lapisan dengan saluran terukir di atasnya untuk mengirimkan cairan pendingin ke chip.
Layar menunjukkan bahwa titik panas dengan kepadatan daya lebih dari 1700 W/cm² dapat didinginkan hanya dengan daya pemompaan 0,57 W/cm². Dibandingkan dengan pendinginan saluran mikofluida yang dilaporkan sebelumnya, kinerjanya meningkat 50 kali lipat.
Wei berkata,"Keandalan film galium nitrida dan lapisan penyegel tembaga harus dipelajari dari waktu ke waktu. Namun solusi pendinginan inovatif ini merupakan langkah menuju sistem pendingin elektronik daya&yang murah, ultra-kompak, dan hemat energi.&kutipan; Sebuah langkah besar ke depan.&kutipan;
Jika Anda tertarik dengan produk kami, silakan kunjungiwww.hkram.comuntuk memiliki lebih banyak informasi.