კომპანიის სპეციალისტები VLSI სიმპოზიუმის კონფერენციაზე TSMC წარმოადგინეს თავიანთი ხედვა თხევადი გაგრილების სისტემის უშუალოდ ჩიპში ინტეგრირების შესახებ. მიკროსქემების გაგრილების მსგავსი გადაწყვეტა შეიძლება გამოიყენოს მომავალში, მაგალითად, მონაცემთა ცენტრებში, სადაც კილოვატი სითბოს ხშირად ამოღება სჭირდება.
ჩიპების შიგნით ტრანზისტორების სიმკვრივის ზრდით და რამდენიმე ფენის კომბინირებული 3D განლაგების გამოყენებით, იზრდება მათი ეფექტური გაგრილების სირთულეც. TSMC-ის ექსპერტები თვლიან, რომ მომავალში შეიძლება იყოს პერსპექტიული გადაწყვეტილებები, რომლის მიხედვითაც გამაგრილებელი სითხის მიკროარხები თავად ჩიპში იქნება ინტეგრირებული. თეორიულად საინტერესოდ ჟღერს, მაგრამ პრაქტიკაში ამ იდეის განხორციელება უზარმაზარ საინჟინრო ძალისხმევას მოითხოვს.
TSMC-ის მიზანია თხევადი გაგრილების სისტემის შემუშავება, რომელსაც შეუძლია პროცესორის კვადრატული მილიმეტრიანი 10 ვატი სითბოს გაფანტვა. ამრიგად, ჩიპებისთვის, რომლის ფართობია 500 მმ² და მეტი, კომპანია მიზნად ისახავს 2 კვტ სითბოს მოცილებას. პრობლემის გადასაჭრელად TSMC-მ რამდენიმე გზა შესთავაზა:
- DWC (პირდაპირი წყლის გაგრილება): თხევადი გაგრილების მიკროარხები განლაგებულია თავად ბროლის ზედა ფენაში.
- Si Lid OX TIM-ით: თხევადი გაგრილება ემატება ცალკე ფენად მიკროარხებით, ფენა დაკავშირებულია მთავარ კრისტალთან OX-ის (Silicon Oxide Fusion) მეშვეობით, როგორც თერმული ინტერფეისის თერმული ინტერფეისის მასალა (TIM)
- Si Lid LMT-ით: OX ფენის ნაცვლად გამოიყენება თხევადი ლითონი
თითოეული მეთოდი შემოწმდა სპეციალური TTV (თერმული ტესტის სატრანსპორტო საშუალების) სპილენძის ტესტის უჯრედის გამოყენებით 540 მმ780 ზედაპირის ფართობით და მთლიანი ბროლის ფართობით 25 მმ², აღჭურვილი ტემპერატურის სენსორებით. TTV იყო დამონტაჟებული სუბსტრატზე, რომელიც ამარაგებს ენერგიას. სითხის ტემპერატურა წრედში იყო XNUMX°C.
TSMC-ის მიხედვით, ყველაზე ეფექტური მეთოდია პირდაპირი წყლის გაგრილება, ანუ როდესაც მიკროარხები განლაგებულია თავად კრისტალში. ამ მეთოდის გამოყენებით კომპანიამ შეძლო 2,6 კვტ სითბოს ამოღება. ტემპერატურის სხვაობა იყო 63°C. OX TIM მეთოდის გამოყენების შემთხვევაში გამოიყო 2,3 კვტ სიმძლავრე 83°C ტემპერატურის სხვაობით. ფენებს შორის თხევადი ლითონის გამოყენების მეთოდი ნაკლებად ეფექტური აღმოჩნდა. ამ შემთხვევაში შესაძლებელი იყო მხოლოდ 1,8 კვტ-ის ამოღება 75°C სხვაობით.
კომპანიაში აღნიშნავენ, რომ თერმული წინააღმდეგობა მაქსიმალურად დაბალი უნდა იყოს, მაგრამ სწორედ ამ ასპექტში ჩანს მთავარი დაბრკოლება. DWC მეთოდისთვის ყველაფერი ეყრდნობა სილიკონსა და სითხეს შორის გადასვლას. ბროლის ცალკეული ფენების შემთხვევაში ემატება კიდევ ერთი გადასვლა, რომელსაც საუკეთესოდ უმკლავდება OX ფენა.
სილიკონის ფენაში მიკროარხების შესაქმნელად TSMC გვთავაზობს სპეციალური ალმასის საჭრელის გამოყენებას, რომელიც ქმნის არხებს 200-210 მიკრონი სიგანე და 400 მიკრონი სიღრმე. სილიკონის ფენის სისქე 300 მმ სუბსტრატებზე არის 750 მკმ. ეს ფენა უნდა იყოს რაც შეიძლება თხელი, რათა ხელი შეუწყოს ქვედა ფენიდან სითბოს გადაცემას. TSMC-მ ჩაატარა მთელი რიგი ტესტები სხვადასხვა ტიპის მილაკების გამოყენებით: მიმართული და კვადრატული სვეტების სახით, ანუ მილები მზადდება ორი პერპენდიკულარული მიმართულებით. შედარება ასევე გაკეთდა ფენით მილაკების გამოყენების გარეშე.
მილაკების გარეშე ზედაპირიდან თერმული ენერგიის გაფანტვის პროდუქტიულობა არასაკმარისი იყო. გარდა ამისა, იგი დიდად არ უმჯობესდება გამაგრილებლის ნაკადის გაზრდის შემთხვევაშიც კი. არხები ორი მიმართულებით (Square Pillar) იძლევა საუკეთესო შედეგს, მარტივი მიკროარხები შლის მნიშვნელოვნად ნაკლებ სითბოს. პირველის უპირატესობა მეორესთან შედარებით არის 2-ჯერ.
TSMC თვლის, რომ კრისტალების პირდაპირი თხევადი გაგრილება მომავალში სავსებით შესაძლებელია. ჩიპზე აღარ დამონტაჟდება ლითონის რადიატორი, სითხე პირდაპირ სილიკონის ფენაში გაივლის, პირდაპირ კრისტალს გაგრილდება. ეს მიდგომა საშუალებას მისცემს ჩიპიდან რამდენიმე კილოვატი სითბოს ამოღებას. მაგრამ ასეთი გადაწყვეტილებების ბაზარზე გამოჩენას დრო დასჭირდება.
ასევე წაიკითხეთ:
- იაპონელმა მკვლევარებმა გზა გაუხსნეს ახალი თაობის ჩიპებს
- ჩიპების ინდუსტრია საშიშად არის დამოკიდებული TSMC-ზე