الابتكار في تكنولوجيا التبريد هو الحل الأمثل لتطوير الأجهزة الإلكترونية عالية الأداء

ومع تكرار الرقائق نحو الكثافة العالية، والتكامل العالي، والقدرة الحاسوبية العالية، فإن قوتها وكثافة الطاقة في ارتفاع مستمر، وأصبحت "الكثافة الحرارية العالية" بمثابة عنق الزجاجة الرئيسي في تطوير تكنولوجيا أشباه الموصلات عالية الطاقة. ونظرًا للزيادة المستمرة في استهلاك طاقة الرقاقة، تحظى تقنية التبريد المبرد بالسوائل باهتمام متزايد. ومع ذلك، ونظرًا للتكاليف المرتفعة والحلول المعقدة، فإن تقنية الألواح المبردة بالماء الحالية لا تزال بعيدة بعض الشيء عن الحل المثالي لتبديد الحرارة في الصناعة.

من الناحية النظرية، كلما انخفضت درجة حرارة الشريحة، زاد عمرها الافتراضي، وأصبح أدائها أكثر استقرارًا. ولكن لتحقيق درجات حرارة أقل للرقائق، فإن تكلفة التبريد التي تحتاج الصناعة إلى دفعها مرتفعة للغاية، ولم يتم بعد الوصول إلى نقطة التوازن المتمثلة في تحسين الأداء مع مراعاة التكاليف أيضًا. في هذا الصدد، يمكن للصناعة اعتماد مجموعات تقنية مختلفة أو التعاون لتطوير المنتجات ذات الصلة لمختلف مواد تبديد الحرارة والتقنيات وسيناريوهات التطبيق، من أجل استكشاف الحلول المثلى في ظل الظروف المقبولة للتكلفة الحالية.

عندما يصل استهلاك الطاقة إلى عشرات أو مئات الواط، يجب استخدام أنبوب حراري لتصدير الحرارة من الشريحة. بعد أن تنتشر الحرارة إلى زعانف أكبر لتبديد الحرارة، يتم استخدام مروحة لنفخها، والتي تتضمن مزيجًا من امتصاص الحرارة المتغير الطور، والتوصيل الحراري، وتكنولوجيا الحمل الحراري. حتى الآن، اعتمدت الغالبية العظمى من أجهزة الكمبيوتر والخوادم هذا المزيج من الأنابيب الحرارية والزعانف والمراوح. ومع ذلك، مع وصول استهلاك الطاقة لوحدة المعالجة المركزية تدريجيًا إلى 300 واط، أو 500 واط، أو حتى 800 واط، في ذلك الوقت، تم كسر الحد الأقصى لقدرة تبديد الحرارة لأنبوب الحرارة والمروحة. نظرًا لعدم القدرة على التكيف مع تطور الصناعة من خلال استخدام حلول أنابيب الحرارة والمروحة على مدار سنوات، يجب اعتماد تقنيات تبديد حرارة التبريد السائل مثل الألواح المبردة بالماء.

نظرًا للزيادة المستمرة في استهلاك طاقة الرقاقة، تحظى تقنيات التبريد الناشئة مثل لوحة التبريد السائلة باهتمام متزايد. بالمقارنة مع الحمل الحراري للأنابيب الحرارية ذات الزعانف والمراوح، فإن اللوحة الباردة السائلة تعتمد طريقة الحمل الحراري السائل، والتي تنفذ التبادل الحراري من خلال تدفق السائل بسرعة أكبر وبكفاءة أعلى. ومع ذلك، نظرًا للتكلفة العالية والحلول المعقدة، لم تحقق تقنية التبريد السائل بعد نموًا كبيرًا. ومع ذلك، فقد أصبح أيضًا أمرًا ضروريًا في بعض سيناريوهات التطبيقات عالية الطاقة، حيث لا يوجد حل أكثر مثالية في الصناعة.

من شريحة التسخين إلى الجهاز إلى المنتج النهائي، هناك طلب على التبريد على كل مستوى ورابط، والذي يتضمن مواد دعم مختلفة ومواد واجهة ومواد أساسية. وفي الوقت نفسه، يؤدي تطبيق تقنيات تبديد الحرارة المختلفة أو سيناريوهات التطبيق إلى طرق وحلول تقنية مختلفة. ولا بد أن يكون لهذا فرص تطوير محتملة مختلفة وتحديات تكنولوجية مختلفة.

تشمل العناصر الأساسية لتقنية التبريد الحراري كمية الحرارة التي تولدها الشريحة نفسها، وكثافة تدفق الحرارة لكل وحدة مساحة، والمسافة والحجم اللذين يمكن أن تنتشر عندهما الحرارة. عادةً ما يكون تبديد الحرارة هو عملية نشر الحرارة من مصدر حرارة مرتفع جدًا أو نقطة إنتاج ساخنة إلى مساحة أكبر. عملية نقل الحرارة هذه هي عملية تسلسلية، وأي وصلة فيها قد تصبح عنق الزجاجة الحرارية. تبديد الحرارة هو نظام نقل خطوة بخطوة، مثل من نقطة الحرارة A إلى B، ومن C إلى D إلى E، ثم إلى F. إذا كانت كفاءة النقل بين AB، أو BC، أو CD منخفضة، فقد تكون النتيجة النهائية أن كفاءة التبريد من A إلى F ليست عالية بما فيه الكفاية. لذلك يحتاج كل رابط إلى تحسين قدرته الحرارية بشكل مستمر لتجنب أن يصبح عنق الزجاجة على المسار بأكمله. بالنسبة للرقائق ووحدات الرقائق فائقة الكثافة (MCMs)، لا بد من تطوير الحل النهائي لتكنولوجيا التبريد المستدامة.