Çiplerde içten soğutma dönemi: Yalıtkan sıvı ile rekor ısı tahliyesi

Pekin Üniversitesi’nden Wei Xiao, Zhihu Wu ve meslektaşları, entegre devrelerin işlem sırasında ürettiği yüksek ısıyı uzaklaştırmak için gömülü bir soğutma mimarisi tasarladı. Sistem, elektriksel olarak yalıtkan HFE-7100 dielektrik sıvısını doğrudan çipteki sıcak noktalara taşıyor. Mikroskobik kanallar ve özel bir akış dağıtıcıyla ısının kaynağında uzaklaştırılması sağlanıyor.

ÇİPE GÖMÜLÜ KANALLAR 

Soğutucu kanallar, devreleri taşıyan çip tabanına doğrudan işleniyor. Böylece akışkan, ısının yoğunlaştığı bölgelere ulaşıyor. Su bazlı sistemler santimetrekare başına 3 bin watt’a kadar ısı dağıtımı sağlayabilse de elektriksel iletkenlik riskleri nedeniyle ek koruma gerektiriyor.

HFE-7100 kullanan yeni sistem ise ilk testlerde 1.570 W/cm² kritik ısı akısına ulaştı. Bu değer, ön soğutma ve ön basınçlandırmaya rağmen genellikle 1.000 W/cm²’nin altında kalan önceki dielektrik soğutma yöntemlerini aşıyor.

DİKEY BUHAR TAHLİYESİ 

Isı transferini artıran temel bileşen, yatay girişleri dikey çıkışlarla birleştiren özel dağıtıcı yapısı oldu. Taze HFE-7100 sıvısı yatay kanallardan sisteme giriyor ve çipin sıcak bölgelerinden geçerken kaynayarak ısıyı soğuruyor. Isınmış sıvı-gaz karışımı ve buhar, dikey çıkışlardan hızla tahliye ediliyor.

Sıvının gaz fazına geçmesine dayanan bu döngü, termal enerjinin çipten uzaklaştırılmasını ve kaynamanın verimli biçimde sürmesini sağlıyor.

ÜRETİME ENTEGRASYON HEDEFİ 

Gömülü soğutma yapısı, mikroelektromekanik sistemler (MEMS) teknolojisi ve yarı iletken üretiminde yaygın kullanılan standart tekniklerle imal edildi. Yöntemin mevcut çip üretim süreçlerine doğrudan entegre edilebileceği ve gelecekteki elektronik sistemler için ölçeklendirilebileceği belirtiliyor.

Yalıtkan sıvı kullanımı, soğutucunun iletkenliğinden kaynaklanan kısa devre riskini ortadan kaldırarak güvenliği artırıyor. Ancak gerçek elektronik cihazlardaki nihai performans ve uzun dönemli güvenilirlik, kapsamlı testlerden sonra netleşecek.