EN
A 3D integrált áramkörök függőleges rétegzésében az utóbbi időben megjelent legújabb innovációk súlyos hőproblémákat váltottak ki a 3D integrált áramkörökben. A hagyományos levegővel vagy folyadékkal történő hűtési módszerek nem elegendőek. A mikrofolyadék-hűtés apró hűtőcsatornákat integrál a szilikon közbeiktatókba vagy a csomagoló alapanyagokba, így a hűtési hatás közvetlenül a működő tranzisztorok közelében érvényesül. Ez a hagyományos hőelvezető megoldásokhoz képest körülbelül 40%-kal javítja a hőellenállást. A sugárhűtés (jet impingement) még extrémebb megoldás. Ez a technika a gyorsan mozgó folyadékáramok elvén alapul, amelyeket a chip egyes forró pontjaira irányítanak, különösen a sűrű logikai vagy bemeneti/kimeneti die-eken. Ez a technika másodpercenként négyzetcentiméterenként 300 watt feletti hőteljesítményt tud eltávolítani. Amikor a legösszetettebb 2,5D és 3D chip-csomagolásokra alkalmazzák, a fent említett hűtési módszerek enyhítik a hő okozta mechanikai terhelések hatását, és megakadályozzák a rétegek szétválását a legújabb csomagolási technikákban, például a fan-out és a hibrid kötés alkalmazása során.
A kétfázisú folyadékhűtés lehetővé teszi a 500 W/cm²-nél nagyobb hőáram-sűrűség elvezetését.
A hűtőfolyadék – Novec 649 vagy FC-72 – érintkezésre meleg felületekkel gőzzé alakul. Ennek a hűtőfolyadéknak a kiváló hőelnyelő képessége meghaladja az egyfázisú hűtési módszerek hőelnyelő képességét. Ez a hűtési módszer a legalkalmasabb a 500 W/cm²-nél nagyobb hőáram-sűrűség kezelésére, amelyet a szokásos vezetéses vagy konvektív hűtés nem tud elérni. Gyakorlatban a nagy teljesítményű, 2 kW-os chipek esetében a gőzfázisú hűtőrendszerek a hűtött felületek hőmérsékletét 85 °C-on tartják – ideértve az exascale teljesítményt nyújtó szuperszámítógépekben alkalmazott AI-processzorokat is. A hűtőfolyadékok hőelnyelése után a gőzfázis egy külső helyen elhelyezett hűtőlemezre vagy egy kondenzátor kis csatornáira áramlik. Ezzel bezáródik a hőköri (zárt) rendszer. Ez különösen előnyös a hátsó oldali chip-hűtésre és a nagyméretű szerverrácsokra, mivel a hűtőfolyadék újratöltése nem szükséges.
GYIK
Mi a mikrofolyadékos hűtés és a sugárhűtés?
Míg a mikrofolyadékos hűtés kis csatornákat használ a szilícium alapanyagokban a hatékonyabb hűtés érdekében, a sugárhűtés gyorsan mozgó folyadéksugarakat alkalmaz a chip meleg pontjainak célzott elérésére.
Mi teszi olyan jóvá a kétfázisú folyadékhűtést?
A kétfázisú hűtés több mint 500 wattot képes elvezetni négyzetcentiméterenként, ami lényegesen több bármely hagyományos módszernél, mivel a hűtőfolyadék elpárolog a meleg alkatrészek felületén.
Alkalmazhatók-e ezek a hűtési módszerek nagy méretű alkalmazásokban?
Igen, a mikrofolyadékos hűtés és a kétfázisú hűtés kiválóan alkalmazható nagy kiszolgálórácsoknál és közvetlen chip-hűtésnél, különösen az MI-processzorok és a szuperszámítógépek esetében.