L'innovazione nella tecnologia di raffreddamento è la soluzione ottimale per lo sviluppo ad alte prestazioni di dispositivi elettronici

Man mano che i chip si spostano verso l'alta densità, l'elevata integrazione e l'elevata potenza di calcolo, la loro potenza e densità di potenza sono in costante aumento e l'"alta densità termica" è diventata un grave collo di bottiglia nello sviluppo della tecnologia dei semiconduttori ad alta potenza. Dato il continuo aumento del consumo energetico dei chip, la tecnologia di raffreddamento a liquido sta ricevendo sempre maggiore attenzione. Tuttavia, a causa dei costi elevati e delle soluzioni complesse, l’attuale tecnologia dei pannelli raffreddati ad acqua è ancora una certa distanza dalla soluzione ideale di dissipazione del calore nel settore.

In teoria, più bassa è la temperatura di un chip, maggiore è la sua durata e più stabili le sue prestazioni. Ma per ottenere temperature dei chip più basse, il costo di raffreddamento che l’industria deve pagare è troppo alto e il punto di equilibrio tra il miglioramento delle prestazioni tenendo conto anche dei costi non è stato ancora raggiunto. A questo proposito, l’industria può adottare diverse combinazioni tecnologiche o collaborare per sviluppare prodotti correlati per vari materiali, tecnologie e scenari applicativi di dissipazione del calore, al fine di esplorare soluzioni ottimali alle attuali condizioni di costo accettabili.

Quando il consumo energetico raggiunge decine o centinaia di watt, è necessario utilizzare un tubo termico per esportare il calore dal chip. Dopo che il calore si è diffuso alle alette di dissipazione del calore più grandi, viene utilizzata una ventola per soffiarlo, il che comporta una combinazione di tecnologia di assorbimento del calore a cambiamento di fase, conduzione del calore e convezione del calore. Finora, la stragrande maggioranza dei PC e dei server ha adottato questa combinazione di tubi di calore, alette e ventole. Tuttavia, poiché il consumo energetico della CPU raggiunge gradualmente 300 watt, 500 watt o addirittura 800 watt, in quel momento la capacità massima di dissipazione del calore del tubo di calore e della ventola era compromessa. A causa dell’incapacità di adattarsi allo sviluppo del settore attraverso l’uso di soluzioni di tubi di calore e ventole da anni, è necessario adottare tecnologie di dissipazione del calore con raffreddamento a liquido, come i pannelli raffreddati ad acqua.

A causa del continuo aumento del consumo energetico dei chip, le tecnologie di raffreddamento emergenti come le piastre di raffreddamento a liquido stanno ricevendo sempre maggiore attenzione. Rispetto alla convezione del vento dei tubi di calore con alette e ventole, la piastra fredda a liquido adotta un metodo di convezione del liquido, che effettua lo scambio di calore attraverso il flusso del liquido a una velocità maggiore e con maggiore efficienza. Tuttavia, a causa dei costi elevati e delle soluzioni complesse, la tecnologia del raffreddamento a liquido non ha ancora raggiunto una crescita di un ordine di grandezza. Tuttavia, è diventato un must anche in alcuni scenari applicativi ad alta potenza, poiché non esiste una soluzione più ideale nel settore.

Dal chip di riscaldamento al dispositivo fino al prodotto finale, esiste una domanda di raffreddamento a ogni livello e collegamento, che coinvolge diversi materiali di supporto, materiali di interfaccia e materiali sottostanti. Allo stesso tempo, l’applicazione di diverse tecnologie di dissipazione del calore o scenari applicativi comporta percorsi e soluzioni tecniche diverse. E questo è destinato ad avere diverse potenziali opportunità di sviluppo e diverse sfide tecnologiche.

Gli elementi fondamentali della tecnologia di raffreddamento termico includono la quantità di calore generata dal chip stesso, l'intensità del flusso di calore per unità di area e la distanza e il volume al quale il calore può diffondersi. Solitamente, la dissipazione del calore è il processo di diffusione del calore da una potenza termica molto elevata o da un punto caldo di produzione a uno spazio più ampio. Questo processo di trasferimento di calore è seriale e qualsiasi collegamento in esso contenuto può diventare un collo di bottiglia del calore. La dissipazione del calore è un sistema di trasmissione passo-passo, ad esempio dal punto di calore A a B, da C a D a E e poi a F. Se l'efficienza di trasferimento tra AB, BC o CD è bassa, il risultato finale potrebbe essere che l'efficienza di raffreddamento da A a F non sia sufficientemente elevata. Pertanto ogni collegamento deve migliorare continuamente la propria capacità termica per evitare di diventare un collo di bottiglia sull’intero percorso. Per i chip e i moduli chip (MCM) ad altissima densità, è destinata a sviluppare la soluzione definitiva in termini di tecnologia di raffreddamento sostenibile.