เทคโนโลยีการระบายความร้อนแบบไมโครชิปแบบบูรณาการ

ไม่ว่าจะเป็นศูนย์ข้อมูล ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ หรือแล็ปท็อป ความร้อนปริมาณมากที่เกิดจากชิปและส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ เป็นหนึ่งในปัญหาที่ใหญ่ที่สุดของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ประการหนึ่ง เป็นการจำกัดประสิทธิภาพและความหนาแน่นของโครงสร้างของส่วนประกอบต่างๆ ในทางกลับกัน กระบวนการทำความเย็นนั้นใช้พลังงานมาก ซึ่งใช้สำหรับพัดลมระบายความร้อนหรือปั๊มระบายความร้อนด้วยของเหลว

เพื่อแก้ปัญหานี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาวิธีปรับปรุงประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนจากชิปไปยังสารหล่อเย็น ตัวอย่างเช่น โลหะที่มีค่าการนำความร้อนดีกว่าจะถูกใช้เป็นพื้นผิวสัมผัสระหว่างระบบทำความเย็นและชิป อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพของวิธีการทั้งหมดในอดีตไม่ได้สูงมาก และด้วยการปรับปรุงประสิทธิภาพการกระจายความร้อน ความซับซ้อนและต้นทุนการผลิตของระบบกระจายความร้อนก็เพิ่มขึ้นแบบทวีคูณเช่นกัน

ในที่สุด นักวิจัยชาวสวิสก็ได้ค้นพบวิธีที่ดีกว่าในการประดิษฐ์ชิปที่ไม่ต้องการการระบายความร้อนจากภายนอก ไมโครทูบูลที่รวมอยู่ในเซมิคอนดักเตอร์จะนำของเหลวทำความเย็นไปรอบๆ ทรานซิสเตอร์โดยตรง ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มผลการกระจายความร้อนของชิปได้อย่างมาก แต่ยังช่วยประหยัดพลังงานและทำให้ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ในอนาคตเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น การผลิตระบบทำความเย็นแบบผสมผสานนี้มีราคาถูกกว่ากระบวนการก่อนหน้านี้

หลักการของการแก้ปัญหานี้คือ แทนที่จะระบายความร้อนจากด้านนอกของชิป ชิปจะถูกระบายความร้อนจากด้านในโดยตรง สารหล่อเย็นจะไหลผ่านไมโครทูบูลที่รวมอยู่ในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์จากด้านล่าง ซึ่งหมายความว่าความร้อนที่เกิดจากทรานซิสเตอร์ในฐานะแหล่งความร้อนจะกระจายไปโดยตรง ช่องไมโครสัมผัสโดยตรงกับทรานซิสเตอร์ในชิป ซึ่งสร้างการเชื่อมต่อที่ดีขึ้นระหว่างแหล่งความร้อนและช่องระบายความร้อน กิ่งก้านสามมิติของช่องระบายความร้อนยังช่วยกระจายตัวของน้ำหล่อเย็นและลดแรงดันที่จำเป็นสำหรับการหมุนเวียนของน้ำหล่อเย็น

การทดสอบเบื้องต้นของระบบทำความเย็นพบว่าสามารถกระจายความร้อนได้มากกว่า 1.7 กิโลวัตต์ต่อตารางเซนติเมตร และมีกำลังปั๊มเพียง 0.57 วัตต์ต่อตารางเซนติเมตรเท่านั้น ซึ่งน้อยกว่าพลังงานที่จำเป็นสำหรับช่องระบายความร้อนด้วยการกัดภายนอกอย่างมาก “ความสามารถในการทำความเย็นที่สังเกตได้เกินหนึ่งกิโลวัตต์ต่อตารางเซนติเมตร ซึ่งเทียบเท่ากับการปรับปรุงประสิทธิภาพการกระจายความร้อนภายนอกถึง 50 เท่า” นักวิจัยกล่าว

การระบายความร้อนด้วยไมโครชิปแบบรวมมีข้อดีอีกประการหนึ่ง คือ ราคาถูกกว่าหน่วยทำความเย็นที่เพิ่มจากภายนอก เนื่องจากการระบายความร้อนของไมโครแชนเนลและวงจรชิปสามารถนำไปใช้กับเซมิคอนดักเตอร์ได้โดยตรงในการผลิต ต้นทุนการผลิตจึงต่ำกว่า ไมโครชิประบายความร้อนภายในนี้จะทำให้ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ในอนาคตมีขนาดกะทัดรัดและประหยัดพลังงานมากขึ้น