Производство по чертежам Подбор аналогов Цены производителя Оригинальная продукция в короткие сроки
INNER — производство и поставка промышленных комплектующих и оборудования
Inner Engineering в Telegram — мировые новости промышленности и стандартов Подписаться →
INNER
Контакты

Встроенное двухфазное охлаждение чипа диэлектриком: критический поток 1570 Вт/см²

  • 13.10.2026
  • Лента новостей
Встроенное двухфазное охлаждение чипа диэлектриком: критический поток 1570 Вт/см²
Наука и технологии Научная новость

Работа группы из Пекинского университета вышла в журнале Nature Electronics 7 октября 2026 года

Исследователи Пекинского университета предложили схему встроенного двухфазного охлаждения на диэлектрической жидкости HFE-7100: жидкость подходит к микроканалам в подложке чипа сбоку, а пар уходит вверх. Критический тепловой поток на тестовой структуре достиг 1570 Вт/см². Статья опубликована в журнале Nature Electronics 7 октября 2026 года.

1570 Вт/см²критический тепловой поток, HFE-7100, тестовая структура
<1000 Вт/см²обычный предел прежних схем на диэлектриках, даже с предохлаждением и наддувом
3000 Вт/см²встроенное охлаждение водой, но вода проводит ток

Что сделали

При встроенном охлаждении (embedded cooling) каналы для жидкости вытравливают прямо в подложке кристалла, рядом с горячими зонами. Между источником тепла и хладагентом не остаётся крышки корпуса, термоинтерфейса и холодной пластины, которые добавляют тепловое сопротивление.

Авторы выбрали двухфазный режим: хладагент HFE-7100, фторированный эфир с диэлектрическими свойствами, закипает в микроканалах, и тепло уходит главным образом на испарение. Трудность такого режима — пар: пузыри сливаются и вытесняют жидкость, и если пару некуда уйти, стенка пересыхает и перегревается.

Поэтому пути жидкости и пара разведены. В коллекторе «horizontal-up» жидкость поступает к микроканалам через горизонтальные входы, а пар уходит через вертикальные выходы вверх. Структура изготовлена по технологии МЭМС (MEMS), и авторы указывают, что её можно встроить в стандартные полупроводниковые процессы. Судя по подписям к рисункам, в статье отдельно проверены предельная производительность и стабильность работы.

Что получилось

Ключевая цифра работы — критический тепловой поток (critical heat flux, CHF) до 1570 Вт/см². CHF — предел пузырькового кипения. Пока жидкость смачивает стенку, кипение отводит тепло очень эффективно: пузырь отрывается, его место занимает свежая жидкость. С ростом нагрузки пузыри сливаются в паровую плёнку, а пар проводит тепло намного хуже жидкости. Теплоотдача падает скачком, температура стенки резко растёт — это и есть кризис кипения. Для чипа он означает перегрев и возможный отказ, поэтому CHF — граница, а не рабочая точка.

ПодходХладагентТепловой потокОграничение
Встроенное охлаждение водойВодаДо 3000 Вт/см²Вода проводит ток, есть риск короткого замыкания
Прежние схемы на диэлектрикахДиэлектрические жидкостиОбычно ниже 1000 Вт/см²Предел сохраняется даже с предохлаждением и наддувом
Коллектор horizontal-up, 2026 годHFE-7100Критический поток до 1570 Вт/см²Лабораторная тестовая структура

Это примерно в 1,5 раза выше порога прежних диэлектрических схем и почти вдвое ниже уровня однофазного охлаждения водой, но на жидкости, которая не проводит ток.

Стадия
  1. Лабораторные испытания
  2. Опытный образец
  3. Опытно-промышленная эксплуатация
  4. Серийное применение

Лабораторные испытания на образцах. Ограничения: 1570 Вт/см² — критический тепловой поток на тестовой структуре, а не мощность реального процессора. Статья в закрытом доступе: размеры структуры, давление, расход и температура стенки в открытой части не приводятся. Работа в серийном корпусе и в полном контуре с конденсатором в открытой части тоже не описана.

Контекст

Уровень 3000 Вт/см² для воды показала, в частности, та же группа в Nature Electronics 9 сентября 2025 года — на однофазной воде и с коллекторными микроканалами с микроструйным усилением. Новая работа — двухфазная, на диэлектрике и с другой схемой коллектора.

Слабое место воды — электропроводность: во встроенной схеме жидкость течёт в самой подложке, рядом с активными структурами, и нарушение герметичности канала грозит коротким замыканием. Диэлектрик ток не проводит, и его утечка цепь не замыкает. Но у фторированных диэлектриков теплота испарения и поверхностное натяжение ниже, чем у воды, поэтому пар быстрее оттесняет жидкость от стенки и кризис кипения наступает раньше.

По данным авторов, прежние схемы на диэлектриках обычно не превышали 1000 Вт/см², даже с предварительным охлаждением жидкости ниже температуры кипения и с наддувом, то есть повышением давления в контуре.

Что это значит для практики

  • Разработчикам силовой и вычислительной электроники: встроенное охлаждение не обязательно привязано к воде. Диэлектрик снимает риск замыкания при утечке, хотя по предельному потоку пока уступает воде.
  • Сравнивая системы охлаждения, проверяйте, что именно измерено: критический поток или рабочая нагрузка, какой хладагент и режим, одно- или двухфазный. Каналы такого типа делают при изготовлении кристалла, это задача изготовителей чипов и корпусов.
  • 1570 Вт/см² — это 15,7 МВт/м². Для сравнения с промышленными теплообменниками однофазный расчёт по методам LMTD и ε-NTU можно выполнить в калькуляторе расчёта теплообменника.

Источники

  1. Xiao W., Wu Z., Jiang Z., Wang Y., Wang W., Song B. Horizontal-up microfluidics for embedded chip cooling with a dielectric fluid // Nature Electronics. 2026. Поступила 8 октября 2025 года, принята 11 сентября 2026 года, опубликована 7 октября 2026 года. https://doi.org/10.1038/s41928-026-01724-y
  2. Wu Z., Xiao W., He H. и др. Jet-enhanced manifold microchannels for cooling electronics up to a heat flux of 3,000 W cm⁻² // Nature Electronics. 2025. Т. 8. С. 810–817. Опубликована 9 сентября 2025 года. https://doi.org/10.1038/s41928-025-01449-4

Материал носит информационный характер и подготовлен по открытым источникам, ссылки на них приведены в тексте. Он не является публичной офертой (ст. 437 ГК РФ) и профессиональной рекомендацией.

Результаты получены авторами исследования и приведены по их публикации. ООО «Иннер Инжиниринг» их не проверяло и не гарантирует их применимость к конкретным изделиям. Подбирайте и рассчитывайте компоненты по технической документации изготовителя.

Появились вопросы?

Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.