Badanie Uniwersytetu Peking podnosi wydajność chłodzenia chipów cieczą dielektryczną do 1 570 watów na centymetr kwadratowy

Naukowcy z Uniwersytetu Peking opisali konstrukcję wbudowanego chłodzenia chipów (embedded cooling), która wykorzystuje chłodziwo dielektryczne, czyli ciecz nieprzewodzącą prądu elektrycznego, i osiąga krytyczny strumień ciepła (critical heat flux) wynoszący do 1 570 watów na centymetr kwadratowy. Recenzowany artykuł ukazał się w Nature Electronics 7 października 2026 r. Chłodziwem jest HFE-7100, które odprowadza ciepło, zamieniając się w parę – metoda ta nazywana jest chłodzeniem dwufazowym.

Autorzy wychodzą od znanego problemu: chipy stają się coraz mniejsze i wydajniejsze, więc odprowadzanie z nich ciepła ma coraz większe znaczenie. W chłodzeniu wbudowanym kanały mikroprzepływowe są wytrawiane bezpośrednio w podłożu chipu, dzięki czemu ciecz dociera blisko najgorętszych miejsc. Według artykułu takie podejście może poradzić sobie ze strumieniami ciepła do 3 000 W na centymetr kwadratowy, gdy chłodziwem jest woda. Woda dobrze pochłania i przewodzi ciepło, ale przewodzi też prąd, więc projektanci muszą uważać, by uniknąć zwarć.

Chłodziwa dielektryczne eliminują to ryzyko elektryczne, ale autorzy piszą, że wcześniejsze techniki z ich użyciem często ograniczały się do wartości poniżej 1 000 W na centymetr kwadratowy, nawet gdy ciecz była wstępnie schładzana i poddawana ciśnieniu. Według abstraktu ich konstrukcja osiąga 1 570 W na centymetr kwadratowy.

Poprawa wynika z rozwiązania, które zespół nazywa kolektorem typu „horizontal-up” (horizontal-up manifold). Ciecz wpływa przez poziome wloty, co pomaga świeżemu chłodziwu wracać do nagrzanej powierzchni, a para uchodzi przez pionowe wyloty, dzięki czemu jest szybciej usuwana. Urządzenie jest wytwarzane w technologii mikrosystemów elektromechanicznych (MEMS), a autorzy twierdzą, że dzięki temu można je wbudować w standardowe procesy półprzewodnikowe i skalować na potrzeby przyszłej elektroniki. Ilustracje wymienione w artykule porównują konstrukcję ze strukturą oznaczoną jako SPMC oraz z innymi reprezentatywnymi technologiami chłodzenia dwufazowego, a także dotyczą stabilności działania. Pełny artykuł jest dostępny za paywallem; niniejszy tekst opiera się na abstrakcie i publicznie widocznych częściach strony artykułu.

Wei Xiao i Zhihu Wu wnieśli równy wkład w pracę. Bai Song jest pomysłodawcą badań i autorem korespondencyjnym; nadzorował je wspólnie z Wei Wang. Autorzy są afiliowani przy Szkole Mechaniki i Nauk Inżynieryjnych, Szkole Układów Scalonych oraz Krajowym Kluczowym Laboratorium Zaawansowanych Technologii Mikro- i Nanowytwarzania Uniwersytetu Peking. Finansowanie pochodziło m.in. z Narodowej Fundacji Nauk Przyrodniczych Chin, Narodowego Kluczowego Programu Badań i Rozwoju Chin oraz Pekińskiej Fundacji Nauk Przyrodniczych, a autorzy deklarują brak konfliktu interesów. Artykuł wpłynął 8 października 2025 r., a przyjęto go 11 września 2026 r. Jego bibliografia obejmuje artykuł z 2025 r. w Nature Electronics autorstwa kilku tych samych badaczy, dotyczący mikrokanałów z kolektorem wspomaganym strugami cieczy (jet-enhanced manifold microchannels), przystosowanych do strumieni ciepła do 3 000 W na centymetr kwadratowy.