Co-design de eletrônicos com microfluídicos para resfriamento mais sustentável
O gerenciamento térmico é um dos desafios mais importantes para o futuro da eletrônica. Com a geração cada vez maior de dados e taxa de comunicação e a necessidade constante de reduzir o tamanho e o custo dos sistemas conversores industriais, a densidade de potência dos eletrônicos aumentou. Com isso, a refrigeração, com seu enorme consumo de energia e água, tem um impacto cada vez maior no meio ambiente e novas tecnologias são necessárias para gerar calor de forma mais sustentável - ou seja, com menor consumo de água e energia. Incorporar o resfriamento a líquido diretamente no chip é uma abordagem promissora para um gerenciamento térmico mais eficiente. No entanto, mesmo com as abordagens mais modernas, a eletrônica e o resfriamento são tratados separadamente, de modo que todo o potencial de economia de energia do resfriamento integrado permanece sem uso.
Dispositivo elétrico co-projetado de refrigeração microfluídica
Imagem fonte: Natureza 585, 211-216 (2020)
Aqui, os pesquisadores mostram que co-projetando microfluídicos e eletrônicos dentro do mesmo substrato semicondutor, eles podem produzir uma estrutura de resfriamento de microcanais diversa e monoliticamente integrada com uma eficiência que excede o que está disponível atualmente. Seus resultados mostram que fluxos de calor de mais de 1,7 quilowatts por centímetro quadrado podem ser dissipados com uma saída da bomba de apenas 0,57 watts por centímetro quadrado. Eles observaram um coeficiente de desempenho sem precedentes (mais de 10.000) para o resfriamento de água monofásico de fluxos de calor de mais de 1 quilowatt por centímetro quadrado, o que corresponde a um aumento de 50 vezes em comparação com microcanais retos, bem como um valor muito alto O número médio de Nusselt de 16. A tecnologia de resfriamento proposta deve permitir uma nova miniaturização da eletrônica, por meio da qual a lei de Moore poderia ser estendida e o consumo de energia no resfriamento da eletrônica poderia ser bastante reduzido. Além disso, ao eliminar grandes dissipadores de calor externos, essa abordagem deve permitir a implementação de conversores de energia muito compactos integrados em um único chip.