自带“退烧”功能的集成芯片，再也不用担心手机变成暖宝宝了( 二 ) 小型电子器件会产生许多热量

Van Erp等取得了突破，他们开发了一种一体化集成式分流微管道（mMMC）——在该系统的单个裸片中， EMMC与芯片集成并共同制造。因此，掩埋的通道嵌入在芯片有效区域的正下方，从而使冷却剂能够直接从热源底下通过。
文章插图
微芯片一体化冷却系统。 Van Erp等人为电子设备芯片开发了一种通用设计方案，其中，作为冷却系统的微通道系统是与芯片共同制造的。冷水流过分流管，将水输送到硅基微通道中。水直接从氮化镓层下面流过，氮化镓是一种半导体材料，氮化镓层包含了电子器件组件（未显示）。因此，冷水有效地散发器件产生的热量，保证其具有良好的性能。顶部的金属触点将通道密封。
mMMC的制作过程包括三个步骤。首先，将窄缝刻蚀到覆盖了一层半导体氮化镓（GaN）的硅衬底中；窄缝的深度即是要制作的通道的深度。然后使用一种被称为各向同性气体刻蚀的工艺，将硅中的窄缝加宽到通道的最终宽度；这种蚀刻工艺还使短的通道连接起来产生更长的通道系统。最后，通道顶部的GaN层的开口被铜密封。随后就可以在GaN层中制造电子器件。与先前报道的制作分流微通道的方法不同， van Erp及其同事开发的流程不需要分流通道和器件之间键合或连接。
作者还应用他们的设计和构建方法制作了一个电力电子模块，将交流电（a.c.）转换为直流电(d.c.) 。使用该设备进行实验表明，仅使用0.57 W cm–2的泵功率就可以冷却超过1.7千瓦/平方厘米的热流密度。此外，由于消除了自体发热引起的性能减退，液体冷却设备展现出明显高于同类未冷却设备的转换效率。
Van Erp和同事的结果令人印象深刻，但是与任何的技术进步一样，要做的还很多。例如，需要进一步研究薄的GaN层的结构完整性随时间的变化，以了解它能够稳定多长时间。此外，作者使用最高工作温度为120°C的粘合剂将设备中的微通道连接到支撑电路板上的流体运输通道。这意味着组装后的系统将无法承受更高的温度，例如回流焊接（一种电子设备制造常用的流程）一般用到的温度（250°C）。因此，与制造中使用温度相匹配的流体连接方案仍有待开发。
另一个未来的研究方向是在交流直流转换器的最新设计中采用mMMC概念。 van Erp及其同事发表的设计是一个简单的测试案例。此外，在他们的实验中，作者仅使用液态水进行了单相冷却（也就是说，水并没有因为过热变成气体）。在两相流冷却系统中表征器件的冷却和电力性能将会很有用。两相流冷却系统中，液体蒸发带走热量。最后，在实际应用当中，水可能不是理想的冷却剂，因为水有结冰或者直接与芯片接触的风险。未来的工作需要研究使用不同的液体冷却剂。
尽管仍有一些需要解决的挑战， van Erp及其同事的工作是向低成本、超紧凑、高能效电力电子冷却系统迈出的一大步。他们的方法超过了目前最先进的冷却技术，并且有望使产生高热流密度的器件成为我们日常生活的一部分。
分享最新科技资讯，发布前沿学术动态！一切尽在木木西里~ 服务科研，助力科技！关注微信公众号：木木西里（mumuxilinj），更多精彩内容、新闻资讯、干货资源等你来看！
【自带“退烧”功能的集成芯片，再也不用担心手机变成暖宝宝了】特别声明：本文发布仅仅出于传播信息需要，并不代表本公共号观点；如其他媒体、网站或个人从本公众号转载使用，请向原作者申请，并自负版权等法律责任。