冷却技術の革新は電子機器の高性能化に最適なソリューションです

チップが高密度、高集積、高計算能力を繰り返すにつれて、その電力と電力密度は常に上昇しており、「高熱密度」が高電力半導体技術の開発における大きなボトルネックとなっています。チップの消費電力が継続的に増加していることを考慮して、液冷冷却技術への注目が高まっています。しかし、コストが高く、ソリューションが複雑であるため、現在の水冷パネル技術は、業界における理想的な放熱ソリューションからはまだ遠いところにあります。

理論的には、チップの温度が低いほど寿命が長くなり、パフォーマンスがより安定します。しかし、チップ温度を下げるために業界が支払う必要がある冷却コストは高すぎ、コストを考慮しながら性能を向上させるというバランスポイントにはまだ達していません。この点において、業界は、現在のコストが許容できる条件下で最適なソリューションを模索するために、さまざまな技術の組み合わせを採用したり、協力してさまざまな放熱材料、技術、アプリケーションシナリオに関連する製品を開発したりすることができます。

消費電力が数十ワットまたは数百ワットに達すると、チップから熱を排出するためにヒートパイプを使用する必要があります。熱が大きな放熱フィンに広がった後、ファンで送風します。これには、相変化熱吸収、熱伝導、熱対流技術が組み合わされています。これまでのところ、大多数の PC とサーバーは、ヒート パイプ、フィン、ファンのこの組み合わせを採用しています。しかし、CPU の消費電力が徐々に 300 ワット、500 ワット、さらには 800 ワットに達すると、ヒートパイプとファンの最大放熱能力が限界に達します。長年にわたるヒートパイプやファンソリューションの使用では業界の発展に適応できないため、水冷パネルなどの液体冷却熱放散技術を採用する必要があります。

チップの消費電力が継続的に増加しているため、液冷プレートなどの新しい冷却技術への注目が高まっています。液体コールドプレートは、フィンやファンを備えたヒートパイプの風対流に比べ、液体の流れによる熱交換をより高速かつ高効率に行う液体対流方式を採用しています。しかし、高コストで複雑なソリューションのため、液体冷却技術はまだ桁違いの成長を遂げていません。ただし、業界にはこれ以上に理想的なソリューションがないため、一部の高電力アプリケーション シナリオでは必須アイテムともなっています。

加熱チップからデバイス、最終製品に至るまで、あらゆるレベルとリンクで冷却の需要があり、これにはさまざまなサポート材料、インターフェース材料、および下にある材料が関係します。同時に、さまざまな放熱技術やアプリケーションシナリオを適用すると、技術的なルートやソリューションも異なります。そして、これにはさまざまな潜在的な開発機会とさまざまな技術的課題が必ず存在します。

熱冷却技術の中核要素には、チップ自体が生成する熱量、単位面積あたりの熱流の強さ、熱が拡散する距離と体積が含まれます。通常、熱放散は、非常に高い熱出力または生産ホットスポットからより大きな空間に熱を拡散するプロセスです。この熱伝達プロセスは連続的であるため、そのプロセス内のリンクが熱のボトルネックになる可能性があります。熱放散は、熱点 A から B、C、D、E、F という段階的な伝達システムです。AB、BC、または CD 間の伝達効率が低い場合、最終的な結果が低下する可能性があります。 A から F までの冷却効率が十分に高くない可能性があります。したがって、パス全体のボトルネックになるのを避けるために、各リンクの熱能力を継続的に向上させる必要があります。超高密度チップおよびチップ モジュール (MCM) については、究極の持続可能な冷却技術ソリューションを開発する必要があります。