統合されたマイクロチップ冷却技術

データセンター、スーパーコンピューター、ラップトップのいずれであっても、チップやその他の半導体コンポーネントから発生する大量の熱は、現代の電子製品の最大の問題の 1 つです。一方で、コンポーネントの性能と構造密度が制限されます。一方で、冷却プロセス自体は冷却ファンや液冷ポンプなどに多くのエネルギーを消費します。

この問題を解決するために、科学者たちはチップから冷却剤への熱伝達効率を向上させる方法を研究してきました。たとえば、冷却システムとチップの間の接触面には、熱伝導率の高い金属が使用されます。しかし、過去のすべての方法の効率はそれほど高くはなく、放熱効率の向上に伴い、放熱システムの複雑さと製造コストも指数関数的に上昇します。

今回、スイスの研究者らはついに、外部冷却を必要としないチップを発明するより良い方法を発見した。半導体に組み込まれた微小管は、冷却液をトランジスタの周囲に直接運びます。これにより、チップの放熱効果が大幅に向上するだけでなく、エネルギーが節約され、将来の電子製品がより環境に優しいものになります。この統合冷却の生産は、以前のプロセスよりも安価です。

このソリューションの原理は、チップの外側から冷却するのではなく、チップの内部を直接冷却することです。冷媒は半導体材料に組み込まれた微小管の中を下から流れるため、トランジスタが熱源として発生した熱は直接放散されます。マイクロチャネルはチップ内のトランジスタと直接接触しているため、熱源と冷却チャネルの間の接続が良好になります。冷却チャネルの 3 次元分岐も冷却剤の分配に貢献し、冷却剤の循環に必要な圧力を軽減します。

冷却システムの予備テストでは、冷却システムが平方センチメートルあたり 1.7 kW 以上の熱を放散できるが、ポンプ出力は平方センチメートルあたりわずか 0.57 ワットしか放散できないことが示されています。これは、外部のエッチング冷却チャネルに必要な電力よりも大幅に少なくなります。 「観測された冷却能力は1平方センチメートル当たり1キロワットを超えており、これは外部熱放散に比べて効率が50倍向上したことに相当する」と研究者らは述べた。

統合されたマイクロチップ冷却には別の利点があります。それは、外部に追加された冷却ユニットよりも安価であるということです。冷却マイクロチャネルとチップ回路は製造時に半導体に直接導入できるため、製造コストが低くなります。この内部冷却型マイクロチップにより、将来の電子製品はよりコンパクトで省エネになります。