Tarek Gebrael , ingenjör vid University of Illinois, är huvudförfattare till projektet "Nature Electronics ", som föreslår en ny kylmetod med en kopparbaserad beläggning. Systemet är mycket billigt, enkelt att implementera och mycket fördelaktigt för att förbättra utrustningens prestanda, radikalt öka bearbetningskapaciteten och kräver minimalt utrymme. Denna lösning på problemen som befintliga kylsystem presenterar bekräftades den 29 maj.
Tillsammans med andra experter bekräftar Gebrael att deras initiativ för närvarande befinner sig i forskningsfasen . Detta gör det möjligt för dem att garantera beläggningarnas tillförlitlighet och hållbarhet, vilket är avgörande för industrins acceptans . Det identifieras därför som en plan som representerar ett betydande steg mot övergången till industriell och kommersiell produktion för olika tillämpningar, inklusive kylning av kraftelektronik, kylning av elektriska maskiner och termisk hantering av datacenter.
Så här fungerar den här termiska kopparbeläggningen
Idén hos Tarek Gebrael och hans team är att skapa en termisk kopparbeläggning som omsluter alla värmealstrande ytor, ungefär som ett lager färg. Eftersom det är ett material som används för värmeavledning med hög värmeledningsförmåga kan det lösa de problem som nuvarande kylsystem står inför.
I det här fallet fokuserar beläggningen på att helt omsluta enheten och därmed täcka alla exponerade ytor. Detta eliminerar behovet av konventionella värmeavledningsmetoder som bara använder diffusorer och kylflänsar på ovansidan, och bortser från det faktum att det mesta av värmen genereras under den elektroniska enheten.
”Denna teknik kombinerar två separata metoder för värmehantering: kylning på enhetsnivå nära förbindelser och värmediffusion på plattnivå.”
– Nenad Miljkovic, docent i maskinvetenskap och teknik vid UIUC och rådgivare till Gebrael.
En av de största fördelarna med denna enkla justering är att den ökar effekten per volymenhet med upp till 740 % , eftersom den tar upp nästan ingen plats. Detta innebär att den garanterar en radikal ökning av prestandan, något som inte ses i nuvarande kylflänsar.
Dessutom är systemet tillverkat av ett enda stycke , eftersom enheten och kopparkylflänsen är integrerade i en enhet. Detta beror på att det inte finns något behov av ett termiskt gränssnittsmaterial eller en separat kylfläns, vilka båda är skrymmande och tenderar att minska utrustningens effekt genom att negativt påverka den termiska prestandan.
En annan fördel är att systemet är mycket ekonomiskt ; koppar är mycket billigare än diamant, och det finns inget behov av att använda ett ytterligare material som skulle öka kostnaderna. Detta skiljer sig från diamantvärmespridare, som oftast används på chipnivå och är dyra.
Dessutom är den enkla implementeringen av denna termiska kopparbeläggning ytterligare en fördel som Gebrael och hans team lyfter fram. Eftersom appliceringsprocessen utförs inom elektronikindustrin ökar denna egenskap enkelheten hos den innovativa lösningen.
Forskningsfasen har gett intressanta data
Projektet, som beskrivs som ett "högeffektivt kylsystem genom integration av koppar i elektroniska apparater " , är fortfarande i forskningsfasen . Hittills visar det offentligt publicerade dokumentet att beläggningarna kan användas i både luft och vatten.
Denna deklaration har en positiv inverkan på tillämpningar med "immersionskylning" . Dessa innebär att elektroniska enheter placeras direkt i en icke-ledande vätska så att värme överförs från komponenterna till vätskan utan mellanhänder . Detta är en viktig mekanism för att öka hårdvarustätheten, förbättra processorutnyttjandet och förenkla underhållet.
Denna beläggningsteknik eliminerar stora koppar- eller aluminiumurladdningar. Det är en mycket mer kompakt lösning för att avleda värme från höghastighetsprocessorer och minne.
För närvarande testar Nature Electronics-teamet beläggningens tillförlitlighet med hjälp av högspänningsmiljöer, kokande dielektriska vätskor och kokande vatten. Medan det inledande arbetet har fokuserat på enkla testkort , betonar de att de kommer att implementera beläggningarna på kraftmoduler och GPU:er i stor skala.
Senare planerar forskarna att testa beläggningens hållbarhet , och detta kommer att vara det viktigaste steget mot branschacceptans. Eftersom det är en så billig och enkel teknik kan den väcka många frågor jämfört med vad som vanligtvis finns på marknaden. Utan den kommer värmeavledningstekniken att behöva fortsätta att förlita sig på konventionella CPU- och GPU -kylningsmetoder.
