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Co-diseño de electrónica con microfluidos para una refrigeración más sostenible

La gestión térmica es uno de los retos más importantes para el futuro de la electrónica. Con la generación de datos y la velocidad de comunicación en constante aumento y la necesidad constante de reducir el tamaño y el costo de los sistemas de convertidores industriales, la densidad de potencia de la electrónica ha aumentado. Como resultado, la refrigeración, con su enorme consumo de energía y agua, está teniendo un impacto cada vez mayor en el medio ambiente, y se necesitan nuevas tecnologías para generar calor de una manera más sostenible, es decir, utilizando menos agua y energía. Incrustar el enfriamiento líquido directamente en el chip es un enfoque prometedor para una gestión térmica más eficiente. Sin embargo, incluso con los enfoques más modernos, la electrónica y la refrigeración se tratan por separado, de modo que no se aprovecha todo el potencial de ahorro de energía de la refrigeración integrada.

Dispositivo eléctrico co-diseñado refrigerado por microfluidos

Imagen fuente: Naturaleza 585, 211,216 (2020)

Aquí, los investigadores muestran que al codiseñar microfluidos y componentes electrónicos dentro del mismo sustrato semiconductor, pueden producir una estructura de enfriamiento de microcanales diversa e integrada monolíticamente con una eficiencia que excede lo que está disponible actualmente. Sus resultados muestran que los flujos de calor de más de 1,7 kilovatios por centímetro cuadrado se pueden disipar con una salida de bomba de solo 0,57 vatios por centímetro cuadrado. Observaron un coeficiente de rendimiento sin precedentes (más de 10.000) para el enfriamiento de agua monofásico de flujos de calor de más de 1 kilovatio por centímetro cuadrado, lo que corresponde a un aumento de 50 veces en comparación con los microcanales rectos, así como a un muy alto número de Nusselt medio de 16. La tecnología de refrigeración propuesta debería permitir una mayor miniaturización de la electrónica, por lo que la ley de Moore podría ampliarse y el consumo de energía en la refrigeración de la electrónica podría reducirse considerablemente. Además, al eliminar los grandes disipadores de calor externos, este enfoque debería permitir la implementación de convertidores de potencia muy compactos integrados en un solo chip.