Co-design di elettronica con microfluidica per un raffreddamento più sostenibile
La gestione termica è una delle sfide più importanti per il futuro dell'elettronica. Con la generazione di dati e la velocità di comunicazione in costante aumento, nonché il costante bisogno di ridurre le dimensioni e il costo dei sistemi di conversione industriali, la densità di potenza dell'elettronica è aumentata. Di conseguenza, il raffreddamento, con il suo enorme consumo di energia e acqua, ha un impatto sempre maggiore sull'ambiente e sono necessarie nuove tecnologie per generare calore in modo più sostenibile, ovvero con meno consumo di acqua ed energia. Incorporare il raffreddamento a liquido direttamente nel chip è un approccio promettente per una gestione termica più efficiente. Tuttavia, anche con gli approcci più moderni, l'elettronica e il raffreddamento vengono trattati separatamente, in modo che il pieno potenziale di risparmio energetico del raffreddamento incorporato rimanga inutilizzato.
Dispositivo elettrico a raffreddamento microfluidico co-progettato
Immagine di origine: Natura 585 211-216 (2020)
Qui, i ricercatori mostrano che co-progettando microfluidica ed elettronica all'interno dello stesso substrato semiconduttore, possono produrre una struttura di raffreddamento a microcanali diversificata e monoliticamente integrata con un'efficienza che supera quella attualmente disponibile. I loro risultati mostrano che flussi di calore superiori a 1,7 kilowatt per centimetro quadrato possono essere dissipati con una potenza della pompa di soli 0,57 watt per centimetro quadrato. Hanno osservato un coefficiente di prestazione senza precedenti (oltre 10.000) per il raffreddamento ad acqua monofase di flussi di calore di oltre 1 kilowatt per centimetro quadrato, che corrisponde a un aumento di 50 volte rispetto ai microcanali diritti, nonché un Nusselt medio molto alto numero di 16. La tecnologia di raffreddamento proposta dovrebbe consentire un'ulteriore miniaturizzazione dell'elettronica, per cui la legge di Moore potrebbe essere estesa e il consumo di energia nel raffreddamento dell'elettronica potrebbe essere notevolmente ridotto. Inoltre, eliminando i grandi dissipatori di calore esterni, questo approccio dovrebbe consentire l'implementazione di convertitori di potenza molto compatti integrati su un singolo chip.