This post is also available in:
English (אנגלית)
ככל שהאלקטרוניקה ממשיכה להתכווץ ולהתחזק, ניהול החום הפך לאתגר קריטי. ככל שהמעגלים צפופים יותר, כך נוצר חום רב יותר בשטח מצומצם — מה שמעלה את הסיכון לירידה בביצועים ולכשל ארוך טווח. שיטות הקירור הסטנדרטיות – ממאווררים ועד גופי קירור – מתקרבות לגבולותיהן הפיזיקליים, ומדענים נאלצים לפתח פתרונות חדשים ויעילים יותר.
צוות חוקרים מהמעבדה הלאומית המרכזית לטכנולוגיות ייצור מיקרו וננו מתקדמות באוניברסיטת פקין הציג התקן קירור מיקרופלואידי חדשני בעל שלוש שכבות. המערכת נועדה לפזר חום ממיקרו-שבבים צפופים ביעילות גבוהה יותר מרוב השיטות הקיימות, באמצעות מבנה המוטבע ישירות במצע סיליקון.
העיקרון מאחורי הרעיון מבוסס על קירור מיקרופלואידי – מערכת של תעלות זעירות המוליכות נוזל קירור דרך השבב או בסמוך לו, כדי לספוג ולהעביר חום. ייחודו של ההתקן החדש טמון בעיצובו התלת-שכבתי:
- השכבה העליונה – סעפת מתרחבת (Tapered Manifold): שכבה זו מפזרת את נוזל הקירור – מים רגילים – באופן אחיד על פני השבב, כך שכל מיקרו-תעלה מקבלת זרימה קבועה.
- השכבה האמצעית – מערך מיקרו-סילונים (Microjet Array): פיות מיקרוסקופיות יורות סילוני נוזל במהירות גבוהה ישירות לאזורי החום, ומשפרות את העברת החום היכן שנדרש ביותר.
- השכבה התחתונה – רשת מיקרו-תעלות (Microchannel Network): נוזל הקירור המחומם זורם החוצה דרך תעלות מיקרוסקופיות חרוטות, ונושא את החום ביעילות מחוץ למצע הסיליקון.
על פי דיווח של TechXplore, ניסויים הראו כי המערכת מסוגלת לפזר שטף חום של עד 3,000 ואט לסנטימטר רבוע, תוך שימוש ב-0.9 ואט לסנטימטר רבוע בלבד של כוח שאיבה — יעילות קירור גבוהה במיוחד העולה על רוב העיצובים הקודמים. מקדם הביצועים (Coefficient of Performance) מגיע ל-13,000, ומאפשר שמירה על טמפרטורות יציבות תוך שימוש מזערי באנרגיה.
מכיוון שניתן לייצר את כל המבנה באמצעות תהליכי MEMS (מערכות מיקרו-אלקטרומכניות) סטנדרטיים, ניתן לשלב את הטכנולוגיה בעיצובי שבבים עתידיים מבלי להזדקק לשינויים מהותיים בתהליך הייצור.
המחקר מצביע על דרך יישומית להבטיח כי הדורות הבאים של רכיבי אלקטרוניקה — כגון חיישנים קומפקטיים, מעבדים ומודולי הספק — יהיו גם עוצמתיים וגם יציבים מבחינה תרמית. קירור יעיל וחסכוני באנרגיה בקנה מידה מיקרוסקופי עשוי להיות המפתח לשימור קצב המיניאטוריזציה של האלקטרוניקה.
המחקר פורסם בכתב העת Nature Electronics.
