תכנון משותף של אלקטרוניקה עם מיקרו-נוזלים לקירור בר-קיימא יותר

ניהול תרמי הוא אחד האתגרים החשובים ביותר לעתיד האלקטרוניקה. עם ייצור הנתונים וקצב התקשורת המתגבר בהתמדה, כמו גם הדחף המתמיד להפחית את גודלן ואת עלותן של מערכות הממירים התעשייתיות, צפיפות ההספק של האלקטרוניקה גדלה. כתוצאה מכך, לקירור, על צריכת האנרגיה והמים העצומה שלו, יש השפעה גדולה יותר על הסביבה, ויש צורך בטכנולוגיות חדשות כדי לייצר חום באופן בר קיימא יותר - כלומר באמצעות פחות מים ואנרגיה. הטמעת הקירור הנוזלי ישירות לשבב היא גישה מבטיחה לניהול תרמי יעיל יותר. עם זאת, אפילו בגישות המודרניות ביותר, מטפלים בנפרד באלקטרוניקה ובקירור, כך שהפוטנציאל החסכוני במלואו של הקירור המשובץ נותר ללא שימוש.

תוכנן במשותף מכשיר חשמלי מקורר במיקרו-פלואיד

תמונת המקור: טבע 585, 211-216 (2020)

כאן החוקרים מראים כי על ידי תכנון משותף של מיקרופלואידיקה ואלקטרוניקה בתוך אותו מצע של מוליכים למחצה, הם יכולים לייצר מבנה קירור מיקרו-ערוצי משולב מונוליטי, בעל יעילות העולה על מה שיש כיום. תוצאותיהם מראות כי ניתן להפיץ זרימות חום של יותר מ- 1,7 קילוואט לסנטימטר מרובע בהספק משאבה של 0,57 ואט בלבד לסנטימטר רבוע. הם צפו במקדם ביצועים חסר תקדים (מעל 10.000) לקירור מים חד פאזי של זרימות חום של יותר מקילו וואט לסנטימטר מרובע, המתאים לעלייה פי 1 בהשוואה למיקרו-ערוצים ישרים, כמו גם גבוה מאוד המספר הממוצע של נוסלט הוא 50. טכנולוגיית הקירור המוצעת אמורה לאפשר מיניאטורציה נוספת של האלקטרוניקה, לפיה ניתן להרחיב את חוק מור ולהפחית מאוד את צריכת האנרגיה בקירור האלקטרוניקה. בנוסף, על ידי ביטול כיורי קירור גדולים חיצוניים, גישה זו אמורה לאפשר הטמעה של ממירי הספק קומפקטיים מאוד המשולבים על שבב יחיד.