۷ برابر کارکرد به تر؛ محققان برای خنکسازی تراشه به آب جوش روی آوردند_اسپایدر

محققان ژاپنی با آب جوش و طراحی مویرگی، کارایی خنکسازی تراشه را ۷ برابر افزایش دادند

محققان ژاپنی با ترکیب طراحی میکروکانالها و ساختارهای مویرگی، رکوردی تازه در کارایی سیستمهای خنکسازی ثبت کردند که میتواند مسیر پیشرفت در فناوریهای الکترونیکی و پایدار را هموار سازد. در این روش برای خنکسازی از آب جوش به رهگیری میشود تا حرارت بیشتری جذب گردد.

قانون مور سالها است مسیر پیشرفت در دنیای الکترونیک را هموار کرده و باعث شده تراشهها مداوم کوچکتر و پرقدرتتر گردند اما این روال به افزایش چگالی حرارتی و تشکیل گرمای زیادتر در فضای کمتر منجر شده است؛ مشکلی که را هحلهای جاری خنکسازی به سختی از بعد آن برمیآیند. پژوهشگران مؤسسه علوم صنعتی دانشگاه توکیو، با معرفی روش نوین خنکسازی برای ریزتراشهها، قدم مهمی در از بین بردن این چالش برداشتهاند.

بازنگری در خنکسازی تراشههای مینیاتوری

یکی از مؤثرترین را هحلهای جاری برای دفع حرارت، به رهگیری از میکروکانالهایی است که درون تراشه تعبیه شده و امکان گردش آب و انتقال حرارت را فراهم میکنند اما این روش تنها به حرارت محسوس آب متکی است؛ یعنی انرژی که پیش از تحول فاز آب برای افزایش دمای آن ملزوم است. در مقابل، گرمای نهان که زمان جوشیدن یا تبخیر آب جذب و آزاد میشود، حدودا ۷ برابر بیشتر است و پتانسیل با لاتری برای خنکسازی ایجاد میکند.

بر همین مبنا، پژوهشگران با به رهگیری از گرمای نهان آب، به به رهگیری از سیستم خنککننده دو فاز روی آوردهاند؛ رویکردی که به گفته آنان، کارایی سیستم را به شکل چشمگیری افزایش میدهد. قطعا تحقیقات قبل نشان داده بودند مدیریت جریان بخار بعد از جوشیدن، چالشهای خاص خودش را دارد؛ به این علت برای به ینهسازی انتقال حرارت، عواملی همانند طراحی میکروکانالها، کنترل جریان دو فاز و مقاومت هیدرولیکی باید به دقت تنظیم شوند.

سیستم خنکسازی جدید با به رهگیری از آب جوش

در این پروژه، سیستم خنکسازی جدیدی معرفی شده که شامل ترکیبی از کانالهای ریز سهبعدی، ساختارهای مویرگی و لایهای برای توزیع متوازن سیال میباشد. محققان با طراحی و آزمایش انواع هندسههای مویرگی، کارایی آنها را در شرایط گوناگون بررسی کردهاند.

نتایج مشخص میکند هم هندسه میکروکانالها (که جهت جریان خنککننده را تعیین میکند) هم کانالهای منشعب (که ماموریت توزیع خنککننده را بر عهده دارند)، نقش مهمی در کارایی حرارتی و هیدرولیکی سیستم دارند.

به گفته تیم تحقیقاتی، ضریب کارایی (COP) این سیستم که نسبت سرمایش سودمند به انرژی مصرفشده را مشخص میکند، به عدد قابلتوجه ۱۰۵ رسیده که نسبت به را هحلهای رایج خنکسازی پیشرفتی چشمگیر محسوب میشود. آنها معتقدند این طراحی میتواند مسیر تا زهای برای مدیریت حرارتی در دستگاههای الکترونیکی پرقدرت باز کند که موضوعی حیاتی برای گسترش فناوریهای نسل بعدی است.

یکی از مزیتهای دلنشین این فناوری آن است که میتواند به صورت غیرفعال نیز عمل کند؛ یعنی با تکیه بر تحول فاز مایع که از طریق همرفت برای دفع حرارت انجام میشود، گرما را بدون نیاز به پمپ منتقل نماید. این چنین قابلیتی این فناوری را برای حوزههایی فراتر از الکترونیک، از جمله لیزرها، آشکارسازهای نوری، دیودهای نوری (LED)، سامانههای را داری و صنعت ماشین و هوافضا به گزینهای مناسب تبدیل میکند.

با افزایش توان و فشردگی قطعات الکترونیکی، پژوهشگران بر این با ورند که را هکار پیشنهادی آنها میتواند کارایی و پایداری این تجهیزات را به طور چشمگیری به بود بخشد و از طریق مدیریت بهتر گرما، به تحقق اهداف کاهش کربن نیز پشتیبانی کند.

نتایج این پروژه در قالب مقالهای در انتشار یافته است.