Патент недели: Холодные внутренности горячих чипов15.08.2016 10:37

С ростом мощности и производительности интегральных микросхем, которые применяются в промышленной и бытовой микроэлектронике, серверах, дата-центрах, нейросетях, других устройствах обработки информации, растет потребность в их охлаждении. Перегрев процессоров и деталей плат приводит к нарушениям работы систем, а привычные радиаторы и вентиляторы не справляются с растущей температурой. Поэтому производители все чаще используют «внутреннее» охлаждение, когда жидкость — хладагент проходит через систему микроканалов в кристалле.

При непосредственном участии Федеральной службы по интеллектуальной собственности («Роспатента») мы ввели на сайте рубрику «Патент недели». Еженедельно в России патентуются десятки интересных изобретений и усовершенствований — почему бы не рассказывать о них в числе первых.

Патент: RU 2592732

Патентообладатели: Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом», Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ФГБУН ОИВТ РАН).

Авторы: Михаил Агранат, Сергей Ашитков, Андрей Овчинников, Сергей Ромашевский. Читать далее

Традиционно микроканалы прокладывают в несколько этапов. Сначала на обратной стороне кремниевой платины вытравливают канавки, глубиной более 100 микрон. Потом заливают их вязким полимером, излишки состава удаляют с помощью шлифовки. Затем, кладется еще один пористый слой, а чип прогревается в азотной среде. Полимер разлагается, «вытекая» через пористый слой, который на заключительной стадии покрывают тонкой, непроницаемой полимерной пленкой.

Охлаждать чипы можно также с помощью системы полимерных трубок, соединяющих охлаждающую систему чипа с микроканалами печатной платы или углеродных нанотрубок с теплопроводностью примерно в 10 раз большей, чем у меди. Но все эти устройства — основаны на сложных системах, требуют высокой точности изготовления, использования специальных материалов или технологий.

Применение устройств наружного охлаждения не дает нужного результата по выравниванию температур в поверхностных и глубинных слоях кристаллической моноструктуры, поэтому снаружи устройства всегда переохлаждают. Но резкий перепад температур от наружных слоев к внутренним чреват напряжением и деформацией.

Новая технология специалистов «Росатома» и Объединенного институту высоких температур РАН предлагает создавать микроканалы с микронными и субмикронными диаметрами в кристалле кремния с помощью лазерных импульсов. По поверхности кристалла перемещается лазерное фокальное пятно. Многоступенчатое перемещение инфракрасного фемтосекундного хром-фостерит лазера проводится с длинной волны излучения 1240 нанометра, при которой длина пробега фотона в структуре кремния равна 1 сантиметр, а энергия кванта — меньше ширины запрещенной зоны. Данный способ значительно дешевле аналогов и позволяет создавать в микрокристаллах каналы для охлаждения внутренних слоев структуры. Дополнительные подробности — в опубликованном патенте.