Команда из Университета Иллинойса и Калифорнийского университета в Беркли продемонстрировала новый метод охлаждения, который настолько эффективно отводит тепло от электроники, что позволяет разработчикам использовать в 7,4 раза больше энергии через заданный объем, чем обычные радиаторы.
Тепло — главный враг разработчиков электроники, и это один из ключевых ограничивающих факторов, препятствующий уменьшению размеров электроники. Если из цепей невозможно отвести тепло, они выходят из строя функционально, а иногда и физически. Знакомая пластинчатая форма радиаторов предназначена для отвода тепла от чувствительных областей и рассеивания его там, где это не вызовет проблем, но команда говорит, что обычно они не могут отводить тепло с нижней стороны устройств, где генерируется много тепла.
Распределители тепла следующего поколения стремятся улучшить традиционный радиатор, но команда говорит, что они, как правило, изготавливаются из дорогих материалов, таких как алмаз, и часто не могут быть установлены непосредственно на поверхность компонентов без слоя «теплоизоляции».
Команда придумала решение, которое, по их словам, радикально увеличивает отвод тепла без использования дорогостоящих материалов. Новое исследование, опубликованное в рецензируемом журнале Nature Electronics, описывает подход, который «сначала покрывает устройства электрическим слоем поли(2-хлор-п-ксилилена) (парилена С), а затем конформным покрытием из меди. Медь должна находиться в непосредственной близости от тепловыделяющих элементов, что устраняет необходимость в материалах теплового интерфейса».
Распределитель тепла создается путем покрытия компонентов слоем парилена C для электроизоляции, затем добавления слоя меди толщиной 20 нм методом химического осаждения из паровой фазы, а затем добавления еще 50 нм меди путем гальванического покрытия.
Университет Иллинойса
По сути, эта новая система охлаждения полностью покрывает все открытые поверхности электроники, включая верхнюю, нижнюю и боковые стороны. Устройство и распределитель тепла действуют как единое целое, которое работает так же эффективно или даже более эффективно, чем радиатор, но при этом не имеет ничего общего с его массой. Команда успешно протестировала этот сверхэффективный подход к пассивному охлаждению на некоторых силовых транзисторах из нитрида галлия.
Экспериментальные конфигурации показали превосходную охлаждающую способность центрального радиатора из конформной меди, который работал так же хорошо, как массивные радиаторы справа, но при этом занимал гораздо меньше места.
Университет Иллинойса
Для одной цепи они зафиксировали впечатляющие результаты, но эффект многократно увеличивается, когда вы можете накладывать их друг на друга. «Допустим, у вас есть несколько печатных плат, — говорит ведущий автор и аспирант UIUC Тарик Гебраэль. «Вы можете укладывать намного больше печатных плат в тот же объем, когда используете наше покрытие, по сравнению с обычными радиаторами с жидкостным или воздушным охлаждением… И это приводит к гораздо более высокой мощности на единицу объема. Мы смогли продемонстрировать увеличение мощности на единицу объема на 740%».
Исследование подтвердило, что это конформное медное покрытие подходит для использования как с воздушным, так и с водяным охлаждением, хотя необходимы дальнейшие испытания, чтобы увидеть, насколько долговечным будет это решение в кипящей воде, кипящих диэлектрических жидкостях, высоковольтных приложениях и в схемы более сложные, чем простые испытательные стенды, использованные в исследовании.
Статья доступна в журнале Nature Electronics.
Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов
hello@technovery.com