آیا تمام برق مصرفی تراشه به گرما تبدیل می شود؟

در حین کار تراشه، بخشی از انرژی داخل ترانزیستور طی فرآیند سوئیچینگ به انرژی حرارتی تبدیل می شود. این به دلیل گرمایش ژول ناشی از عبور جریان از هادی و اتلاف انرژی ناشی از برهمکنش بین الکترون ها و شبکه داخل ترانزیستور است. بر اساس قانون مور، کاهش مداوم اندازه ترانزیستور منجر به افزایش مداوم چگالی توان می شود و مشکل افزایش دما در تراشه ها را تشدید می کند.

توان مصرفی تراشه ها را می توان به توان مصرفی استاتیک و توان مصرفی پویا تقسیم کرد. مصرف انرژی دینامیکی به فرکانس سوئیچینگ ترانزیستورها در تراشه مربوط می شود که در اثر اتلاف انرژی در طی فرآیندهای شارژ و دشارژ خازن ایجاد می شود. مصرف برق استاتیک عمدتاً به جریان نشتی مواد مربوط می شود و حتی بدون عمل سوئیچینگ، تراشه همچنان مقدار مشخصی انرژی مصرف می کند. هر دو نوع مصرف برق در نهایت به گرما تبدیل خواهند شد.

با افزایش تراکم مدار مجتمع و شتاب فرکانس کاری، مشکل حرارتی تراشه های مدرن به ویژه شدید شده است. فناوری خنک‌کننده کارآمد تضمین می‌کند که تراشه‌ها در دمای ایمن کار می‌کنند، طول عمر آن‌ها را طولانی‌تر می‌کند و ثبات عملکرد را حفظ می‌کند. روش‌های خنک‌کننده اصلی شامل خنک‌سازی مکانیکی (مانند خنک‌سازی با فن)، خنک‌سازی رسانا (استفاده از مواد رسانای حرارتی برای انتقال گرما به هیت سینک)، خنک‌سازی همرفتی (استفاده از جریان هوا یا مایع برای حذف گرما) و خنک‌سازی تابشی (تابش گرما به داخل). محیط زیست از طریق امواج الکترومغناطیسی). انتخاب و طراحی انواع فن آوری های خنک کننده باید بر اساس عواملی مانند ویژگی های مصرف برق تراشه، محیط کاری و مقرون به صرفه بودن به طور جامع در نظر گرفته شود.

در پاسخ به تقاضای رو به رشد برای اتلاف گرما، فناوری اتلاف حرارت نیز به طور مداوم در حال بهبود است. راه حل های اتلاف حرارت کارآمد مانند خنک کننده میکروکانال، فن آوری لوله های حرارتی، و اتلاف حرارت فلز مایع در حال مطالعه و استفاده هستند. فناوری خنک‌کننده میکروکانال با طراحی میکروکانال‌های بسیار نازک در نزدیکی تراشه، راندمان تبادل حرارت بین مایع خنک‌کننده و سطح تراشه را افزایش می‌دهد. فن آوری لوله های حرارتی از انتقال فاز مایع کار در طول چرخه های تبخیر و تراکم برای حذف گرما استفاده می کند. فلزات مایع به دلیل رسانایی حرارتی بالا و سیالیت خوب، یک فناوری امیدوارکننده در زمینه اتلاف گرما محسوب می شوند. این فناوری‌های پیشرفته نه تنها کارایی اتلاف گرما را بهبود می‌بخشند، بلکه محدودیت‌های مدیریت حرارتی در طراحی تراشه را نیز بالا می‌برند.

به طور خلاصه، تقریباً تمام انرژی مصرفی یک تراشه در نهایت به گرما تبدیل می شود و فناوری اتلاف گرما برای پایداری و عملکرد عملکرد تراشه بسیار مهم است. در آینده با پیشرفت مداوم فناوری تراشه، نوآوری در فناوری اتلاف گرما نیز به یک جهت تحقیقاتی مهم در زمینه مهندسی الکترونیک تبدیل خواهد شد.