Исследование Пекинского университета довело охлаждение чипов диэлектрической жидкостью до 1 570 Вт на квадратный сантиметр

Исследователи из Пекинского университета описали конструкцию встроенного охлаждения чипов с диэлектрическим хладагентом — жидкостью, не проводящей электричество, — которая достигает критического теплового потока до 1 570 Вт на квадратный сантиметр. Рецензируемая статья опубликована в Nature Electronics 7 октября 2026 года. В качестве хладагента используется HFE-7100, который отводит тепло, превращаясь в пар, — этот метод называется двухфазным охлаждением.

Авторы исходят из известной проблемы: чипы становятся всё меньше и мощнее, поэтому отвод тепла от них приобретает всё большее значение. При встроенном охлаждении микрофлюидные каналы вытравливаются непосредственно в подложке чипа, благодаря чему жидкость оказывается рядом с самыми горячими участками. Согласно статье, такой подход может справляться с тепловыми потоками до 3 000 Вт на квадратный сантиметр, если хладагентом служит вода. Вода хорошо поглощает и проводит тепло, но проводит и электричество, поэтому разработчикам приходится принимать меры против короткого замыкания.

Диэлектрические хладагенты устраняют этот электрический риск, однако, как пишут авторы, прежние методы с их использованием часто ограничивались уровнем ниже 1 000 Вт на квадратный сантиметр, даже когда жидкость заранее охлаждали и подавали под предварительно повышенным давлением. Их конструкция, согласно аннотации, достигает 1 570 Вт на квадратный сантиметр.

Выигрыш обеспечивает то, что команда называет коллектором «горизонтально — вверх» (horizontal-up manifold). Жидкость поступает через горизонтальные входы, что помогает свежему хладагенту возвращаться к нагретой поверхности, а пар выходит через вертикальные выходы и потому удаляется быстрее. Устройство изготовлено по технологии микроэлектромеханических систем (MEMS), и, по словам авторов, это означает, что его можно встроить в стандартные полупроводниковые техпроцессы и масштабировать для электроники будущего. Перечисленные в статье рисунки сравнивают конструкцию со структурой, обозначенной как SPMC, и с другими характерными технологиями двухфазного охлаждения, а также касаются стабильности работы. Полный текст статьи находится за платным доступом (paywall); этот материал основан на аннотации и общедоступных частях страницы статьи.

Вэй Сяо и Чжиху У внесли равный вклад в работу. Бай Сун предложил идею исследования и является автором для корреспонденции; руководил работой он вместе с Вэй Ваном. Авторы указаны как сотрудники Школы механики и инженерных наук Пекинского университета, его Школы интегральных схем и его Государственной ключевой лаборатории передовых технологий микро- и нанопроизводства. Финансирование поступило, в частности, от Национального фонда естественных наук Китая, Национальной ключевой программы НИОКР Китая и Пекинского фонда естественных наук; авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Статья поступила в редакцию 8 октября 2025 года и была принята 11 сентября 2026 года. В её списке литературы есть статья 2025 года в Nature Electronics, написанная несколькими из тех же исследователей, о коллекторных микроканалах с усилением струями, рассчитанных на тепловые потоки до 3 000 Вт на квадратный сантиметр.