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、最新の電子製品の最大の問題の 1 つです。 一方では、コンポーネントのパフォーマンスと構造密度が制限されます。 一方、冷却プロセス自体は多くのエネルギーを消費し、冷却ファンや液体冷却ポンプに使用されます。

この問題を解決するために、科学者はチップからクーラントへの熱伝達効率を改善す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、スイスの研究者は、外部冷却を必要としないチップを発明するためのより良い方法をついに見つけました。 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りに直接運びます。これにより、チップの熱放散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くなります。 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代わりに、チップを直接内部で冷却することです。 冷却液は、半導体材料に組み込まれた微小管を下から流れます。これは、熱源としてのトランジスタによって生成された熱が直接放散されることを意味します。 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改善されます。 冷却管の 3 次元分岐も冷却剤の分配に寄与し、冷却剤の循環に必要な圧力を低減します。

冷却システムの予備テストでは、1 平方センチメートルあたり 1.7 kW 以上の熱を放散でき、1 平方センチメートルあたり 0.57 ワットのポンプ電力しか放散できないことが示されています。 これは、外部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あたり 1 キロワットを超えており、これは外部の熱放散の 50 倍の効率改善に相当します」と研究者は述べています。

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。外部に追加された冷却ユニットよりも安価です。 冷却マイクロチャネルとチップ回路は、生産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。 この内部冷却マイクロチップは、将来の電子製品をよりコンパクトで省エネなものにします。