تقنية تبريد الرقائق الدقيقة المتكاملة

سواء أكان الأمر يتعلق بمراكز البيانات أو أجهزة الكمبيوتر العملاقة أو أجهزة الكمبيوتر المحمولة: تعد الكمية الكبيرة من الحرارة الناتجة عن الرقائق ومكونات أشباه الموصلات الأخرى واحدة من أكبر مشكلات المنتجات الإلكترونية الحديثة. فمن ناحية، فإنه يحد من الأداء والكثافة الهيكلية للمكونات. ومن ناحية أخرى، فإن عملية التبريد نفسها تستهلك الكثير من الطاقة، والتي تستخدم لمراوح التبريد أو مضخات التبريد السائلة.

ولحل هذه المشكلة، كان العلماء يدرسون طرقًا لتحسين كفاءة نقل الحرارة من الشريحة إلى المبرد. على سبيل المثال، يتم استخدام المعدن ذو الموصلية الحرارية الأفضل كسطح اتصال بين نظام التبريد والرقاقة. ومع ذلك، فإن كفاءة جميع الطرق في الماضي لم تكن عالية جدًا، ومع تحسين كفاءة تبديد الحرارة، ارتفع أيضًا تعقيد نظام تبديد الحرارة وتكلفة تصنيعه بشكل كبير.

والآن، وجد الباحثون السويسريون أخيراً طريقة أفضل لاختراع شريحة إلكترونية لا تحتاج إلى تبريد خارجي. ستقوم الأنابيب الدقيقة المدمجة في أشباه الموصلات بجلب سائل التبريد مباشرة حول الترانزستور، الأمر الذي لا يحسن تأثير تبديد الحرارة للرقاقة بشكل كبير فحسب، بل يوفر أيضًا الطاقة ويجعل المنتجات الإلكترونية المستقبلية أكثر صداقة للبيئة. إن إنتاج هذا التبريد المتكامل أرخص من العملية السابقة.

مبدأ هذا الحل هو أنه بدلاً من التبريد من الخارج للرقاقة، يتم تبريد الشريحة من الداخل مباشرة. يتدفق سائل التبريد من خلال الأنابيب الدقيقة المدمجة في المادة شبه الموصلة من الأسفل، مما يعني أن الحرارة المتولدة عن الترانزستور كمصدر للحرارة سوف تتبدد مباشرة. تكون القناة الدقيقة على اتصال مباشر بالترانزستورات الموجودة في الشريحة، مما يؤدي إلى إنشاء اتصال أفضل بين مصدر الحرارة وقناة التبريد. كما تساهم الفروع ثلاثية الأبعاد لقناة التبريد في توزيع سائل التبريد وتقليل الضغط اللازم لتدوير سائل التبريد.

أظهر الاختبار الأولي لنظام التبريد أنه يستطيع تبديد أكثر من 1.7 كيلو واط من الحرارة لكل سنتيمتر مربع، وفقط 0.57 واط من قوة المضخة لكل سنتيمتر مربع. وهذا أقل بكثير من الطاقة المطلوبة لقنوات التبريد الخارجية. وقال الباحثون: "إن قدرة التبريد المرصودة تتجاوز كيلووات واحد لكل سنتيمتر مربع، وهو ما يعادل 50 مرة تحسنا في الكفاءة مقارنة بتبديد الحرارة الخارجية".

يتمتع التبريد المدمج بالرقائق الدقيقة بميزة أخرى: فهو أرخص من وحدة التبريد المضافة خارجيًا. نظرًا لأنه يمكن إدخال قنوات التبريد الصغيرة ودوائر الرقائق مباشرة في أشباه الموصلات في الإنتاج، فإن تكلفة التصنيع أقل. ستجعل هذه الرقاقة الدقيقة المبردة داخليًا المنتجات الإلكترونية المستقبلية أكثر إحكاما وموفرة للطاقة.