Управление теплом, выделяемым в электронике, является огромной проблемой, особенно с учетом постоянного стремления уменьшить размер и упаковать как можно больше транзисторов в один и тот же чип. Вся проблема в том, как эффективно управлять такими высокими тепловыми потоками. Обычно электронные технологии, разработанные инженерами-электриками, и системы охлаждения, разработанные инженерами-механиками, выполняются независимо и отдельно.
Но теперь исследователи Федеральной политехнической школы Лозанны незаметно произвели революцию в этом процессе, объединив эти два этапа проектирования в один: они разработали интегрированную технологию микрожидкостного (микрогидродинамического) охлаждения вместе с электроникой, которая может эффективно управлять большими тепловыми потоками, создаваемыми транзисторами. Их исследование приведет к созданию еще более компактных электронных устройств и позволит интегрировать преобразователи мощности с несколькими высоковольтными устройствами в один кристалл.
В этом проекте профессор Элисон Матиоли, его докторант Ремко Ван Эрп и их команда из Школы инженерии начали работать над реальным изменением менталитета. Когда дело доходит до проектирования электронных устройств, то необходимо с самого начала продумывать вместе электронику и охлаждение, стремясь отводить тепло в непосредственной близости от областей, которые нагреваются больше всего в устройстве. «Мы хотели объединить навыки в области электротехники и машиностроения, чтобы создать новый тип устройства», - говорит Ван Эрп.
Команда стремилась решить проблему охлаждения электронных устройств, особенно транзисторов. «Управление теплом, выделяемым этими устройствами, - одна из самых сложных задач в электронике будущего», - говорит Элисон Матиоли. «Становится все более важным свести к минимуму воздействие на окружающую среду, поэтому нам нужны инновационные технологии охлаждения, которые могут эффективно обрабатывать большие объемы производимого тепла устойчивым и экономичным способом».
Их технология основана на интеграции микрофлюидных каналов внутри полупроводникового чипа вместе с электроникой, поэтому охлаждающая жидкость течет внутри электронного чипа. «Мы разместили микрожидкостные каналы очень близко к горячим точкам транзистора с помощью простого и интегрированного процесса изготовления, чтобы мы могли извлекать тепло в нужном месте и предотвращать его распространение по всему устройству», - говорит Матиоли. В качестве охлаждающей жидкости они использовали деионизированную воду, которая не проводит электричество. «Мы выбрали эту жидкость для наших экспериментов, но мы уже тестируем другие, более эффективные жидкости, чтобы мы могли отводить еще больше тепла от транзистора», - говорит Ван Эрп.
«Эта технология охлаждения позволит нам сделать электронные устройства еще более компактными и может значительно снизить энергопотребление во всем мире», - говорит Матиоли. «Мы устранили необходимость в больших внешних радиаторах и показали, что можно создавать сверхкомпактные преобразователи мощности на одном кристалле. Это окажется полезным, поскольку общество становится все более зависимым от электроники». Сейчас исследователи изучают, как управлять теплом в других устройствах, таких как лазеры и системы связи.
Исследование было опубликовано в журнале Nature.
Источник: SciTechDaily