Pada masa kini, haba yang dihasilkan oleh peralatan elektronik yang padat adalah penggunaan sumber yang mahal. Untuk memastikan sistem pada suhu yang betul untuk prestasi pengkomputeran yang optimum, sistem penyejukan di Amerika Syarikat menggunakan tenaga dan air sebanyak semua penduduk Philadelphia. Sekarang, dengan mengintegrasikan saluran penyejukan cecair terus ke dalam cip semikonduktor, penyelidik berharap untuk sekurang-kurangnya mengurangkan kehilangan ini dalam peralatan elektronik kuasa, menjadikannya lebih kecil, kos yang lebih rendah, dan penggunaan tenaga yang lebih rendah.
Secara tradisinya, peranti elektronik dan sistem pengurusan haba direka dan dihasilkan secara berasingan, kata Elison Matioli, profesor kejuruteraan elektrik di Ecole Institute of Technology di Lausanne, Switzerland. Ini membawa halangan asas untuk meningkatkan kecekapan penyejukan, kerana haba mesti melakukan perjalanan jarak yang agak jauh dalam pelbagai bahan untuk dikeluarkan. Sebagai contoh, dalam pemproses hari ini, siphons bahan haba memindahkan haba dari cip ke sinki haba tembaga sejuk udara besar.
Untuk mendapatkan penyelesaian yang lebih cekap tenaga, Matioli dan rakan-rakannya membangunkan proses kos rendah yang meletakkan rangkaian saluran penyejukan mikrofluidik 3D terus ke dalam cip semikonduktor. Cecair boleh mengeluarkan haba yang lebih baik daripada udara. Ideanya adalah untuk menjaga mikrometer sejuk dari tempat-tempat panas cip.
Tetapi tidak seperti teknologi penyejukan mikrofluidik yang dilaporkan sebelum ini, beliau berkata: "Kami mereka bentuk peranti elektronik dan sistem penyejukan dari awal." Oleh itu, microchannel terletak di bawah kawasan aktif setiap peranti transistor, di mana suhunya Yang tertinggi, yang meningkatkan prestasi penyejukan sebanyak 50 kali. Mereka melaporkan konsep reka bentuk umum mereka dalam majalah "Alam" baru-baru ini.
Para penyelidik telah mencadangkan teknologi penyejukan saluran mikro seawal tahun 1981, dan syarikat permulaan seperti Cooligy juga telah mengejar konsep pemproses. Walau bagaimanapun, industri semikonduktor beralih dari peranti planar kepada peranti tiga dimensi, dan bergerak ke arah cip masa depan dengan struktur multilayer, yang menjadikan saluran penyejukan tidak praktikal. "Penyelesaian penyejukan yang tertanam seperti ini tidak sesuai untuk pemproses dan cip moden, seperti CPUs," kata Tiwei Wei, yang mengkaji penyelesaian penyejukan elektronik di Interuniversity Microelectronics Center dan KU Luuven di Belgium. "Sebaliknya, teknologi penyejukan seperti ini masuk akal untuk elektronik kuasa," katanya.
Litar elektronik kuasa mengurus dan menukar tenaga elektrik, yang digunakan secara meluas dalam bidang seperti komputer, pusat data, panel solar, dan kenderaan elektrik. Mereka menggunakan peranti diskret kawasan besar yang diperbuat daripada semikonduktor bandgap yang luas seperti gallium nitride. Ketumpatan kuasa peranti ini telah meningkat dengan mendadak dalam beberapa tahun kebelakangan ini, yang bermaksud bahawa mereka mesti "dikaitkan dengan sinki haba yang besar," kata Matoli.
Baru-baru ini, modul elektronik kuasa telah beralih kepada penyejukan cecair, sama ada melalui plat sejuk atau sistem penyejukan saluran mikro. Walau bagaimanapun, sehingga kini, semua sistem penyejukan saluran mikro telah dihasilkan secara berasingan dan kemudian digabungkan dengan cip. Lapisan ikatan meningkatkan rintangan haba, dan saluran dan peranti litar tidak sejajar dengan rapat.
"Kami membawanya ke peringkat seterusnya," kata Matoli, dengan pembuatan peralatan dan saluran penyejukan dalam cip yang sama. Mereka dan lain-lain retak mikron-lebar dalam lapisan gallium nitride yang disalut pada substrat silikon. Slit adalah 30μm panjang dan 115μm dalam. Menggunakan teknologi gas khas dan lain-lain, mereka memperluaskan jurang pada substrat silikon untuk membentuk saluran di mana cecair penyejuk pas.
Kemudian, para penyelidik menggunakan tembaga untuk menutup bukaan kecil dalam lapisan gallium nitride dan peranti yang direka di atasnya. Dia berkata, "Kami hanya memiliki mikrochannel di daerah kecil wafer, dan mikrochannel ini berhubungan dengan setiap transistor. Ini menjadikan teknologi ini lebih berkesan kerana kita boleh mengekstrak banyak haba dari berdekatan, tetapi mengepam yang kita gunakan Kuasa adalah sangat kecil."
Sebagai demonstrasi, para penyelidik membuat litar rectifier AC-DC terdiri daripada empat diod Schottky. Setiap diod boleh mengendalikan 1.2kV. Litar seperti ini biasanya memerlukan sinki haba bersaiz fist. Tetapi cip litar bersepadu dengan sistem penyejukan cecair dipasang pada papan litar bercetak saiz pemacu kilat USB. Papan litar terdiri daripada tiga lapisan dengan saluran yang diukir di atasnya untuk menyampaikan cecair penyejukan ke cip.
Paparan menunjukkan bahawa tompok panas dengan ketumpatan kuasa lebih daripada 1700 W / cm² boleh disejukkan dengan hanya 0.57 W / cm² mengepam kuasa. Berbanding dengan penyejukan saluran mikrofluidik yang dilaporkan sebelum ini, prestasinya bertambah baik sebanyak 50 kali.
Wei berkata, "Kebolehpercayaan filem gallium nitride dan lapisan pemeteraian tembaga perlu dikaji dari semasa ke semasa. Tetapi penyelesaian penyejukan inovatif ini adalah satu langkah ke arah "sistem penyejukan elektronik kuasa rendah, ultra-padat dan penjimatan tenaga." Satu langkah besar ke hadapan."