Peneliti Universitas Peking Mengembangkan Sistem Pendingin Tertanam Tingkatkan Performa Pendinginan Chip

Peneliti Universitas Peking telah mengembangkan sistem pendingin tertanam yang menggunakan cairan isolasi listrik untuk menghilangkan panas dari chip elektronik. Uji coba awal menunjukkan sistem ini mencapai fluks panas kritis sebesar 1.570 watt per sentimeter persegi. Desain menempatkan saluran pendingin mikroskopis dekat area pemanasan substrat chip; saat cairan melewati saluran-saluran tersebut, ia menyerap panas dan sebagian berubah menjadi uap, lalu dibuang melalui saluran keluar yang dikonfigurasi khusus.

Sirkuit terintegrasi berisi komponen yang saling terhubung untuk memproses informasi atau mengontrol sinyal listrik. Operasinya menghasilkan panas, sehingga pendinginan yang efektif krusial bagi performa dan stabilitas jangka panjang. Pendinginan tertanam mengatasi hal ini dengan mengukir saluran mikroskopis langsung ke dalam material yang menopang sirkuit, membawa cairan pendingin ke lokasi konsentrasi panas agar dapat menyerap dan mengangkut panas. Air memiliki sifat termal yang baik, namun konduktivitas listrik potensialnya memerlukan langkah pencegahan untuk melindungi komponen chip. Peneliti Wei Xiao, Wu Zhihu, dan rekan-rekan mereka menyatakan: "Pendinginan tertanam—yaitu pengukiran struktur mikrofluida langsung pada substrat chip untuk mengirimkan cairan pendingin ke dekat titik panas—dapat menggunakan air sebagai pendingin, mencapai dissipasi fluks panas hingga 3.000 W cm−2."

Prinsip Teknologi Pendinginan Tertanam

Tim tersebut memilih HFE-7100 sebagai pendingin dielektrik, dan merancang sistem berdasarkan proses transisi cairan ke uap. Peneliti memanfaatkan teknologi yang luas digunakan dalam manufaktur elektron untuk memproduksi struktur pendingin. Di dekat area pemanasan chip uji coba, selain menciptakan saluran, mereka merancang manifold untuk mendistribusikan cairan pendingin masuk dan mengumpulkan cairan yang keluar dari saluran. Konfigurasi ini menggabungkan masuk horizontal dan keluar vertikal. Cairan segar masuk secara horizontal untuk mengisi ulang pendingin, sedangkan saluran vertikal memfasilitasi pengeluaran uap. HFE-7100 menyerap panas saat mendidih di dalam saluran, dan campuran cairan-gas yang dihasilkan kemudian keluar melalui saluran keluar, membawa energi bersamanya.

Peneliti menyatakan: "Inti peningkatan transfer panas terletak pada manifold horizontal yang direkayasa, yang dirancang dengan masuk horizontal untuk memfasilitasi pengisian ulang cairan, dan keluar vertikal yang mempercepat pengeluaran uap." Uji coba awal mencatat fluks panas kritis sebesar 1.570 watt per sentimeter persegi, nilai yang menandai titik kritis di mana mendidih tidak lagi menyediakan pendinginan efektif. Angka ini menggambarkan transfer panas per satuan luas, bukan total pengeluaran panas seluruh chip. Laporan peneliti menunjukkan, teknologi pendingin dielektrik sebelumnya biasanya terbatas di bawah 1.000 watt per sentimeter persegi, bahkan dengan prapendinginan dan prapengapuran.

Aplikasi Masa Depan dan Tantangan

Peneliti menegaskan: "Karena pendekatan kami menggunakan teknologi sistem mikroelektromekanik (MEMS), ia dapat diintegrasikan langsung dengan proses standar semi konduktor dan diskalakan untuk produk elektronik masa depan." Pengujian lebih lanjut pada perangkat yang tersedia secara komersial serta operasi jangka panjang tetap diperlukan untuk menentukan performa dan keandalan. Eksperimen-eksperimen ini dapat mengklarifikasi bagaimana desain tersebut secara efektif menangani panas dalam sistem elektronik nyata. Cairan dielektrik dapat mengurangi risiko korsleting, meskipun performa pendinginannya biasanya lebih rendah. Penelitian ini diterbitkan di jurnal Nature Electronics, membahas trade-off dalam pendinginan chip: air efektif menghilangkan panas, namun kotoran terlarut dapat membuatnya konduktif secara listrik.

Dampak Teknologi Pendingin Baru terhadap Produk Elektronik

Seiring peningkatan performa perangkat elektronik, masalah dissipasi panas semakin menonjol, dan sistem pendingin tertanam menawarkan solusi efektif. Teknologi ini tidak hanya meningkatkan fluks panas, tetapi juga mengurangi risiko korsleting, memberikan potensi keuntungan bagi desain produk elektronik masa depan. Meskipun hasil uji coba saat ini menunjukkan performa pendingin yang baik, namun sebelum aplikasi komersial, tetap diperlukan pengujian jangka panjang lebih lanjut untuk memastikan keandalan dan performanya, yang krusial untuk mendorong perkembangan teknologi elektronik masa depan.