เทคโนโลยีการระบายความร้อนด้วยไมโครชิปในตัว

ไม่ว่าจะเป็นศูนย์ข้อมูล ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ หรือแล็ปท็อป: ความร้อนจำนวนมากที่เกิดจากชิปและส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ เป็นหนึ่งในปัญหาที่ใหญ่ที่สุดของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ในแง่หนึ่ง มันจำกัดประสิทธิภาพและความหนาแน่นของโครงสร้างของส่วนประกอบ ในทางกลับกัน กระบวนการทำความเย็นนั้นใช้พลังงานจำนวนมาก ซึ่งใช้สำหรับพัดลมระบายความร้อนหรือปั๊มระบายความร้อนด้วยของเหลว

เพื่อแก้ปัญหานี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาวิธีการปรับปรุงประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนจากชิปไปยังสารหล่อเย็น ตัวอย่างเช่น โลหะที่มีค่าการนำความร้อนที่ดีกว่าจะใช้เป็นพื้นผิวสัมผัสระหว่างระบบระบายความร้อนและชิป อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพของวิธีการทั้งหมดในอดีตไม่สูงมากนัก และด้วยการปรับปรุงประสิทธิภาพการกระจายความร้อน ความซับซ้อนและต้นทุนการผลิตของระบบกระจายความร้อนก็เพิ่มขึ้นอย่างทวีคูณ

ในที่สุด นักวิจัยชาวสวิสก็ได้ค้นพบวิธีที่ดีกว่าในการประดิษฐ์ชิปที่ไม่ต้องการการระบายความร้อนจากภายนอก ไมโครทูบูลที่รวมอยู่ในเซมิคอนดักเตอร์จะนำของเหลวหล่อเย็นไปรอบๆ ทรานซิสเตอร์โดยตรง ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยปรับปรุงเอฟเฟกต์การกระจายความร้อนของชิปได้อย่างมาก แต่ยังช่วยประหยัดพลังงานและทำให้ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ในอนาคตเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น การผลิตระบบทำความเย็นแบบผสมผสานนี้มีราคาถูกกว่ากระบวนการก่อนหน้า

หลักการของโซลูชันนี้คือแทนที่จะระบายความร้อนจากภายนอกชิป ชิปจะระบายความร้อนภายในโดยตรง สารหล่อเย็นจะไหลผ่านไมโครทูบูลที่รวมอยู่ในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์จากด้านล่าง ซึ่งหมายความว่าความร้อนที่เกิดจากทรานซิสเตอร์ซึ่งเป็นแหล่งความร้อนจะถูกกระจายออกไปโดยตรง ช่องไมโครสัมผัสโดยตรงกับทรานซิสเตอร์ในชิป ซึ่งสร้างการเชื่อมต่อที่ดีขึ้นระหว่างแหล่งความร้อนและช่องระบายความร้อน สาขาสามมิติของช่องระบายความร้อนยังช่วยกระจายน้ำหล่อเย็นและลดแรงดันที่จำเป็นสำหรับการไหลเวียนของน้ำหล่อเย็น

การทดสอบระบบทำความเย็นเบื้องต้นแสดงให้เห็นว่าสามารถกระจายความร้อนได้มากกว่า 1.7 กิโลวัตต์ต่อตารางเซนติเมตร และกำลังปั๊มเพียง 0.57 วัตต์ต่อตารางเซนติเมตร ซึ่งน้อยกว่าพลังงานที่จำเป็นสำหรับช่องระบายความร้อนภายนอกอย่างมาก "ความสามารถในการทำความเย็นที่สังเกตได้นั้นเกินหนึ่งกิโลวัตต์ต่อตารางเซนติเมตร ซึ่งเทียบเท่ากับการปรับปรุงประสิทธิภาพมากกว่าการกระจายความร้อนภายนอกถึง 50 เท่า" นักวิจัยกล่าว

การระบายความร้อนด้วยไมโครชิปในตัวมีข้อได้เปรียบอีกประการหนึ่ง: มีราคาถูกกว่าหน่วยทำความเย็นที่เพิ่มจากภายนอก เนื่องจากสามารถนำช่องไมโครแชนเนลและวงจรชิประบายความร้อนเข้าสู่เซมิคอนดักเตอร์ในการผลิตได้โดยตรง ต้นทุนการผลิตจึงต่ำกว่า ไมโครชิปที่ระบายความร้อนภายในนี้จะทำให้ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ในอนาคตมีขนาดกะทัดรัดและประหยัดพลังงานมากขึ้น