Российские учёные предложили инновационный метод, позволяющий улучшить охлаждение микрочипов в 20 раз.
Современная электроника сталкивается с одной из самых сложных технических проблем — перегревом компонентов. Эта задача актуальна с первых дней компьютерной эры. Например, в собрании Политехнического музея представлено оборудование отечественной электронной вычислительной машины «Стрела» — первого серийного компьютера, который потреблял 150 кВт мощности, при этом 75 кВт уходило исключительно на охлаждение и вентиляцию. Сегодня, с миниатюризацией микрочипов и ростом плотности мощности, проблема перегрева стоит ещё острее. Увеличение тепловыделения угрожает надёжности и производительности электронных устройств.
Учёные из Томского политехнического университета совместно с коллегами из других научных центров страны предложили инновационный метод, который позволяет сделать охлаждение микрочипов в 20 раз эффективнее. Их подход основан на создании специальных поверхностей с уникальной текстурой и свойствами, оптимизированными для отвода тепла.
В традиционных системах охлаждения поверхность радиаторов из алюминиево-магниевых сплавов полируется с целью создания более плотного контакта с охлаждаемой поверхностью и улучшения теплоотдачи.
Основная идея нового метода заключается в комбинации трёх технологий: лазерного текстурирования, лазерной химической модификации и термолиза многокомпонентных углеводородсодержащих жидкостей. Это позволяет формировать поверхности с контролируемой смачиваемостью, которые точно направляют и удерживают капли охлаждающей жидкости в наиболее нагретых зонах чипов. С помощью лазерного излучения на их поверхности создаются заданные текстуры, после чего отдельным участкам придаются супергидрофобные (отталкивающие жидкости) и супергидрофильные (притягивающие жидкости) свойства.
Испытания показали, что бифильные (то есть совмещающие противоположные свойства) поверхности с долей супергидрофобной области от 30 до 45% снижают температуру в приповерхностном слое в 6 раз эффективнее, чем полированные образцы. Кроме того, оптимальный контраст смачивания сдвигает пик эффективности охлаждения с 140°C до 160°C, что особенно важно для современных процессоров и силовой электроники.
Главное преимущество нового метода — его адаптивность и точность. Лазерная модификация позволяет создавать поверхности, которые лучше отводят тепло и делают это целенаправленно, концентрируя охлаждение в критических зонах. Это открывает перспективы для разработки адаптивных систем охлаждения, способных автоматически подстраиваться под тепловые нагрузки.
Предложенный метод может стать основой для создания высокоэффективных систем охлаждения, что особенно важно для дальнейшего развития полупроводниковой промышленности. Разработка российских учёных позволит создать более надёжные и производительные электронные устройства — от портативных гаджетов до мощных вычислительных систем.