베이징대 연구, 유전체 유체 칩 냉각을 제곱센티미터당 1,570와트로 끌어올려

베이징대학교 연구진이 전기가 통하지 않는 유체인 유전체 냉각재를 사용해 최대 1,570 W/cm²의 임계 열유속에 도달하는 임베디드 칩 냉각 설계를 발표했다. 동료 심사를 거친 이 논문은 2026년 10월 7일 Nature Electronics에 게재됐다. 냉각재는 HFE-7100이며, 증기로 변하면서 열을 운반하는데, 이 방식을 2상 냉각이라고 한다.

저자들은 익숙한 문제에서 출발한다. 칩은 계속 작아지고 성능은 높아지고 있어, 칩에서 열을 빼내는 일이 점점 더 중요해지고 있다. 임베디드 냉각에서는 미세유체 채널을 칩 기판에 직접 식각해 액체를 가장 뜨거운 지점 가까이로 보낸다. 논문에 따르면 이 방식은 물을 냉각재로 쓸 경우 최대 3,000 W/cm²의 열유속을 처리할 수 있다. 물은 열을 잘 흡수하고 전달하지만 전기도 통하기 때문에, 설계자는 단락을 피하도록 주의해야 한다.

유전체 냉각재는 이러한 전기적 위험을 없애지만, 이를 사용한 기존 기법은 유체를 미리 냉각하고 가압한 경우에도 흔히 1,000 W/cm² 미만에 머물렀다고 저자들은 썼다. 초록에 따르면 이번 설계는 1,570 W/cm²에 도달한다.

성능 향상은 연구팀이 ‘수평-상향 매니폴드(horizontal-up manifold)’라고 부르는 구조에서 나온다. 액체는 수평 유입구로 들어와 새 냉각재가 가열면으로 다시 흘러가기 쉬워지고, 증기는 수직 배출구로 빠져나가 더 빨리 제거된다. 이 장치는 미세전자기계시스템(MEMS) 기술로 제작됐으며, 저자들은 이 덕분에 표준 반도체 공정에 통합하고 미래 전자기기에 맞게 확장할 수 있다고 말한다. 논문에 수록된 그림들은 이 설계를 SPMC로 표기된 구조 및 다른 대표적인 2상 냉각 기술과 비교하고, 작동 안정성도 다룬다. 논문 전문은 유료 장벽(페이월) 뒤에 있으며, 이 기사는 초록과 논문 페이지의 공개된 부분을 바탕으로 작성됐다.

Wei Xiao와 Zhihu Wu가 이 연구에 동등하게 기여했다. Bai Song은 연구를 구상한 교신저자이며, Wei Wang과 함께 연구를 지도했다. 저자들의 소속은 베이징대학교 역학·공학과학대학, 집적회로대학, 첨단 마이크로·나노 제조기술 국가중점실험실이다. 연구비는 중국 국가자연과학기금, 중국 국가중점연구개발계획, 베이징시 자연과학기금 등에서 지원받았으며, 저자들은 이해충돌이 없다고 밝혔다. 논문은 2025년 10월 8일 접수돼 2026년 9월 11일 게재 승인됐다. 참고문헌에는 같은 연구자 여러 명이 2025년 Nature Electronics에 발표한 논문도 포함돼 있는데, 최대 3,000 W/cm²의 열유속에 대응하는 제트 강화 매니폴드 마이크로채널에 관한 것이다.