رکورد جدید در خنکسازی تراشهها سیستم مبتنی بر آب جوش با ۷ برابر کارایی بیشتر, محققان ژاپنی با تلفیق طراحی پیشرفته میکروکانالها و ساختارهای مویرگی، رکوردی تازه در کارایی سیستمهای خنکسازی تراشههای الکترونیکی ثبت کردهاند. این دستاورد میتواند راه را برای پیشرفتهای چشمگیر در فناوریهای الکترونیکی و پایداری انرژی هموار سازد. در این روش نوین، از پدیده جوشش آب برای جذب حداکثری حرارت بهرهگیری شده است.
چالش مدیریت حرارت در تراشههای مینیاتوری قانون مور سالهاست که مسیر پیشرفت در صنعت الکترونیک را رقم میزند و باعث میشود تراشهها به طور مداوم کوچکتر و قدرتمندتر شوند. با این حال، این روند منجر به افزایش چشمگیر چگالی حرارتی و تجمع گرما در فضای محدود شده است؛ مسالهای که راهحلهای مرسوم خنکسازی با دشواری فراوان قادر به مدیریت آن هستند.
پژوهشگران مؤسسه علوم صنعتی دانشگاه توکیو، با معرفی یک روش خنکسازی نوآورانه برای ریزتراشهها، گامی اساسی در برطرف کردن این چالش برداشتهاند. برتری خنکسازی دوفاز بر روشهای سنتی یکی از موثرترین راهکارهای رایج برای دفع حرارت، استفاده از میکروکانالهای تعبیه شده در تراشه برای گردش آب و انتقال حرارت است. این روش تنها بر پایه حرارت محسوس آب کار میکند؛ یعنی انرژی مورد نیاز برای افزایش دما قبل از تغییر فاز.
در مقابل، گرمای نهان ناشی از جوشیدن یا تبخیر آب، حدود ۷ برابر انرژی بیشتری را جذب و آزاد میکند و پتانسیل بسیار بالاتری برای خنکسازی ایجاد میکند. بر همین اساس، تیم تحقیقاتی با بهرهگیری از گرمای نهان، به توسعه سیستم خنککننده دوفاز روی آورده که به زعم آنها، کارایی سیستم را به شکل چشمگیری ارتقا میدهد.
اگرچه تحقیقات پیشین نشان داده بودند که مدیریت جریان بخار پس از جوشیدن چالشهای خاص خود را دارد، اما محققان با تنظیم دقیق عواملی نظیر هندسه میکروکانالها، کنترل جریان دوفاز و مقاومت هیدرولیکی، این موانع را برطرف کردهاند. معماری سیستم خنکسازی جدید با آب جوش در این پروژه، سیستمی خنکسازی معرفی شده که ترکیبی از کانالهای ریز سهبعدی، ساختارهای مویرگی و لایهای برای توزیع یکنواخت سیال را در بر میگیرد.
آخرین مطالب
- راهکار قطعی افق پارس برای ریشه کنی و سمپاشی تخصصی آفات (ساس، سوسک، کنه، کک، شپش و موش)
- ریبیت آلپاری برای اسکالپرها و تریدرهای پرحجم چه ارزشی دارد؟
- ایمپلنت دندان با پرداخت مرحلهای در کرج؛ راهی برای شروع درمان بدون فشار مالی سنگین
- تفاوت لیفت شقیقه با لیفت کامل پیشانی و ابرو چیست؟
- اپلیکیشن استوک؛ تجربهای تازه برای خرید و فروش کالاهای دستدوم و استوک
محققان با طراحی و آزمایش انواع مختلف هندسههای مویرگی، عملکرد آنها را در شرایط متنوع ارزیابی کردهاند. نتایج حاصل نشان میدهد که هم هندسه میکروکانالها (که جهت جریان خنککننده را تعیین میکند) و هم کانالهای منشعب (که وظیفه توزیع خنککننده را بر عهده دارند)، نقش حیاتی در کارایی حرارتی و هیدرولیکی سیستم ایفا میکنند.
ضریب کارایی بیسابقه و کاربردهای گسترده به گفته تیم تحقیقاتی، ضریب کارایی (COP) این سیستم، که نسبت سرمایش سودمند به انرژی مصرفشده را نشان میدهد، به عدد قابلتوجه ۱۰۵ رسیده است؛ پیشرفتی چشمگیر در مقایسه با راهحلهای رایج خنکسازی. آنها معتقدند این طراحی میتواند مسیر تازهای برای مدیریت حرارتی در دستگاههای الکترونیکی پرقدرت باز کند، که موضوعی حیاتی برای گسترش فناوریهای نسل آینده محسوب میشود.
یکی از مزیتهای بارز این فناوری، قابلیت عملکرد در حالت غیرفعال است؛ به این معنی که با تکیه بر تغییر فاز مایع که از طریق همرفت برای دفع حرارت انجام میشود، گرما را بدون نیاز به پمپ منتقل میکند. این ویژگی، فناوری را برای حوزههای فراتر از الکترونیک — از جمله لیزرها، آشکارسازهای نوری، دیودهای نورانی (LED)، سامانههای راداری و صنایع خودروسازی و هوافضا — به گزینهای ایدهآل تبدیل میکند.
با افزایش توان و فشردگی قطعات الکترونیکی، پژوهشگران با اطمینان خاطر بیان میکنند که راهکار پیشنهادی میتواند کارایی و پایداری این تجهیزات را به طور چشمگیر بهبود بخشد و از طریق مدیریت بهینه حرارت، به تحقق اهداف کاهش کربن نیز یاری رساند. نتایج این پژوهش در قالب یک مقاله علمی در نشریه سل رپورترز فیزیکال ساینس منتشر شده است.
