进展 | 冷却芯片的4种新方法

悦智网 · 公众号 · · 2017-09-21 15:48

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一种方法是让仅仅几微米厚的冰冷物体离开产生热量的晶体管，进而带走热量，而非通过多个几毫米厚的导热层把热量转移到空气中。这种方法的实现途径是：在芯片或基体上雕刻微流通道，再把冷却液送入这些通道。

2015年9月，乔治亚理工学院的工程师在一个商用的现场可编程门阵列（FPGA）上演示了首个嵌入式芯片液体冷却系统。（FPGA包含多个逻辑块，用户利用软件可对其进行配置，形成任意计算电路，用于国防、天文学领域和医学成像等。）电气和计算机工程学教授穆罕纳德•巴克尔（Muhannad Bakir）及其同事使用传统的微制造技术在芯片背面的硅上蚀刻了200微米高的通道，并与外部水管相连；最终，水泵和蓄水池将与芯片封装集成在一起。与风冷设备相比，该系统将FPGA的运行温度降低了60%多。“这项技术与所有硅芯片和封装技术都兼容。”巴克尔说。

液体冷却的另一个主要优势在于：它可以嵌入到3D堆叠式大功率芯片之间。为了证明这种潜力，巴克尔的研究团队在用于连接堆叠式芯片的冷却通道里嵌入了连接体。

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制冷机

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如果说水还不足以完成这项工作，一些研究小组正在考虑在微流通道内放置蒸发制冷剂。IBM苏黎世研究实验室高级热封装团队的带头人布鲁诺•米歇尔（Bruno Michel）表示，冷却剂加热汽化后能够比循环式液体带走更多的热量。蒸汽在芯片外的一个冷凝器中重新变成液体，再返回去重复这一过程。米歇尔说，这种两阶段式冷却方法利用低压帮助汽化，应该可以实现DARPA将芯片热点温度降低1千瓦/平方厘米的目标。但难点在于控制系统压力，使冷却剂永远不会完全蒸发。“需要控制沸腾的量和蒸汽质量。”他说。