Компаниянын адистери VLSI симпозиумунун конференциясында TSMC суюк муздатуу системасын түздөн-түз чипке интеграциялоо боюнча өз көз карашын көрсөтүштү. Микросхемаларды муздатуу үчүн ушундай чечим келечекте колдонулушу мүмкүн, мисалы, киловатт жылуулукту алып салуу керек болгон маалымат борборлорунда.
Чиптердин ичиндеги транзисторлордун тыгыздыгынын өсүшү жана бир нече катмарды бириктирген 3D-макетин колдонуу менен алардын эффективдүү муздатуусунун татаалдыгы да жогорулайт. TSMC эксперттери келечекте чечимдер келечектүү болушу мүмкүн деп эсептешет, ага ылайык муздаткыч суюктук микроканалдар чиптин өзүнө интеграцияланат. Бул теориялык жактан кызыктуу угулат, бирок иш жүзүндө бул идеяны ишке ашыруу эбегейсиз инженердик күчтөрдү талап кылат.
TSMCнын максаты - процессор аянтынын бир квадрат миллиметринен 10 ватт жылуулукту таркатууга жөндөмдүү суюк муздатуу системасын иштеп чыгуу. Ошентип, аянты 500 мм² жана андан көп болгон чиптер үчүн компания 2 кВт жылуулукту алып салууну көздөйт. Маселени чечүү үчүн, TSMC бир нече жолдорун сунуштады:
- DWC (Түздөн-түз суу муздатуу): суюк муздатуу микроканалдар кристаллдын өзүнүн үстүнкү катмарында жайгашкан.
- OX TIM менен Si капкагы: суюк муздатуу микроканалдар менен өзүнчө катмар катары кошулат, катмар OX (силикон оксидинин синтези) аркылуу жылуулук интерфейсинин термикалык интерфейсинин материалы (TIM) катары негизги кристаллга туташтырылган.
- LMT менен Si Lid: OX катмарынын ордуна суюк металл колдонулат
Ар бир ыкма температура сенсорлору менен жабдылган 540 мм² жана жалпы кристалл аянты 780 мм² болгон атайын TTV (Termal Test Vehicle) жез сыноо клеткасын колдонуу менен сыналган. TTV энергия менен камсыз кылуучу субстратка орнотулган. Контурдагы суюктуктун температурасы 25°С болгон.
TSMC маалыматы боюнча, эң эффективдүү ыкма бул түз суу муздатуу, башкача айтканда, микроканалдар кристаллдын өзүндө жайгашканда. Бул ыкманы колдонуу менен ишкана 2,6 кВт жылуулукту чыгарып алган. Температуранын айырмасы 63°С болду. OX TIM ыкмасын колдонгон учурда 2,3°С температура айырмасы менен 83 кВт бөлүнгөн. Кабаттардын ортосунда суюк металлды колдонуу ыкмасы азыраак эффективдүү болуп чыкты. Бул учурда 1,8°С айырма менен 75 кВт гана алып салууга мүмкүн болгон.
Компания жылуулук каршылык мүмкүн болушунча төмөн болушу керек экенин белгилейт, бирок бул жагынан негизги тоскоолдук көрүнүп турат. DWC ыкмасы үчүн, баары кремний менен суюктуктун ортосундагы өтүүгө таянат. Кристаллдын өзүнчө катмарларында дагы бир өтүү кошулат, аны OX катмары эң жакшы иштетет.
Кремний катмарында микроканалдарды түзүү үчүн TSMC туурасы 200-210 микрон жана 400 микрон тереңдиктеги каналдарды түзгөн атайын алмаз кескичти колдонууну сунуштайт. 300 мм субстраттарда кремний катмарынын калыңдыгы 750 мкм. Бул катмар төмөнкү катмардан жылуулук өткөрүүнү жеңилдетүү үчүн мүмкүн болушунча жука болушу керек. TSMC түтүкчөлөрдүн ар кандай түрлөрүн колдонуу менен бир катар сыноолорду өткөрдү: багыттуу жана чарчы мамычалар түрүндө, башкача айтканда, түтүкчөлөр эки перпендикуляр багытта жасалган. Түтүкчөлөрдү колдонбостон катмар менен да салыштыруу жүргүзүлгөн.
Түтүкчөлөрү жок жерден жылуулук энергиясын бөлүп чыгаруунун өндүрүмдүүлүгү жетишсиз болгон. Мындан тышкары, ал муздаткычтын агымынын көбөйүшү менен деле жакшырбайт. Эки багыттагы каналдар (Square Pillar) эң жакшы натыйжаны берет, жөнөкөй микроканалдар жылуулукту байкаларлык азыраак кетирет. Биринчинин экинчисинен артыкчылыгы 2 эсе.
TSMC келечекте кристаллдарды түз суюк муздатуу толук мүмкүн деп эсептейт. Чипке мындан ары металл радиатор орнотулбайт, суюктук түздөн-түз кремний катмарынан өтүп, кристалды түз муздатат. Бул ыкма бир нече киловатт жылуулукту чиптен алып салууга мүмкүндүк берет. Бирок мындай чечимдер рынокто пайда болушу үчүн убакыт талап кылынат.
Ошондой эле окуңуз:
- Жапон изилдөөчүлөрү чиптердин жаңы муунуна жол ачышты
- Чип индустриясы TSMCге коркунучтуу түрдө көз каранды