טכנולוגיית קירור מיקרו-שבב משולבת

בין אם מדובר במרכזי נתונים, מחשבי-על או מחשבים ניידים: כמות החום הגדולה שנוצרת משבבים ורכיבי מוליכים למחצה אחרים היא אחת הבעיות הגדולות ביותר של מוצרים אלקטרוניים מודרניים. מצד אחד, זה מגביל את הביצועים ואת הצפיפות המבנית של רכיבים. מצד שני, תהליך הקירור עצמו צורך אנרגיה רבה, המשמשת לקירור מאווררים או משאבות קירור נוזלי.

כדי לפתור בעיה זו, מדענים בחנו דרכים לשיפור יעילות העברת החום מהשבב לנוזל הקירור. לדוגמה, מתכת עם מוליכות תרמית טובה יותר משמשת כמשטח המגע בין מערכת הקירור לשבב. עם זאת, היעילות של כל השיטות בעבר אינה גבוהה במיוחד, ועם שיפור יעילות פיזור החום, גם המורכבות ועלות הייצור של מערכת פיזור החום עולים באופן אקספוננציאלי.

כעת, חוקרים שוויצרים סוף סוף מצאו דרך טובה יותר להמציא שבב שאינו זקוק לקירור חיצוני. המיקרוטובולים המשולבים במוליך למחצה יביאו את נוזל הקירור ישירות סביב הטרנזיסטור, מה שלא רק משפר מאוד את אפקט פיזור החום של השבב, אלא גם חוסך באנרגיה והופך את המוצרים האלקטרוניים העתידיים ליותר ידידותיים לסביבה. הייצור של קירור משולב זה זול יותר מהתהליך הקודם.

העיקרון של פתרון זה הוא שבמקום להתקרר מבחוץ של השבב, הצ'יפ מתקרר ישירות פנימה. נוזל הקירור זורם דרך המיקרוטובולים המשולבים בחומר המוליך למחצה מלמטה, מה שאומר שהחום שנוצר מהטרנזיסטור כמקור חום יפוזר ישירות. המיקרו-ערוץ נמצא במגע ישיר עם הטרנזיסטורים שבשבב, מה שיוצר חיבור טוב יותר בין מקור החום לערוץ הקירור. גם הענפים התלת מימדיים של תעלת הקירור תורמים לפיזור נוזל הקירור ומפחיתים את הלחץ הנדרש למחזור נוזל הקירור.

הבדיקה המקדימה של מערכת הקירור מראה שהיא יכולה להפיץ יותר מ-1.7 קילוואט חום לסנטימטר רבוע, ורק 0.57 וואט של הספק משאבה לסנטימטר רבוע. זה פחות משמעותית מההספק הנדרש עבור ערוצי קירור תחריט חיצוניים. "יכולת הקירור הנצפית עולה על קילוואט אחד לסנטימטר רבוע, מה ששווה לשיפור של פי 50 ביעילות על פי פיזור חום חיצוני", אמרו החוקרים.

לקירור השבב המשולב יש יתרון נוסף: הוא זול יותר מיחידת הקירור שנוספה חיצונית. מכיוון שניתן להכניס מעגלים מיקרו-ערוצי ושבבים לקירור ישירות מוליכים למחצה בייצור, עלות הייצור נמוכה יותר. המיקרו-שבב המקורר הזה יהפוך את המוצרים האלקטרוניים העתידיים לקומפקטיים יותר ולחוסכים באנרגיה.