離子風可大幅提升晶片散熱效率

研究新發現：離子風可大幅提升晶片散熱效率

美國普渡大學(Purdue University)的研究發現，正如離子雨(ionic rain)可以用來灌溉奈米碳管欉(forest of nanotubes)，離子風(ionic winds)也可以用來冷卻晶片表面。

普渡大學表示，利用離子風來加速高壓電極間的增壓空氣，可以將晶片的散熱效率提高250%；該校在英特爾(Intel)的贊助下製作了一個晶片大小的離子風引擎原型，並透過抵抗“防滑(no-slip)”效應而產生散熱效果。所謂的防滑效應會讓距離晶片表面最近的空氣分子保持相對固定狀態。

該離子風引擎原型是由位於晶片背面兩邊的兩個高壓電極所組成；透過在兩個電極之間放置上千個電壓電位(voltage potential)，空氣分子就會被充滿且在晶片表面產生離子風。

通常氣流中的防滑效應會讓接近表面的空氣分子保持穩定，並因此抑制了熱量的傳遞。不過如果離子風引擎能在晶片背面整合成陣列，使接近晶片表面的空氣不再維持固定，就能將一般的冷卻風扇效率提高兩倍以上。

普渡大學電子工程系教授Suresh Garimella表示，該研究團隊達成了改善250%的熱傳導效率，不過接下來的挑戰是要在較低的電壓之下達成散熱的改善，且確保電極的設計夠堅固。

在原型展示中，晶片兩面佈滿了間距10mm的微小電極，並在這些電極上通入數千伏特的電壓。正電極是一根穿越整個晶片正極面的線，而數個負電極則產生電子來給晶片另一面的空氣增壓。在這些測試中，一個採用傳統風扇可以冷卻到華氏140度的晶片，採用離子風引擎可以冷卻到華氏95度。

為了消除對高電壓的需求，研究人員希望能夠將正極和負極間的距離從數mm縮小到數微米(micron)，進而降低所需電壓，並透過採用帶不同電壓梯度的陣列來進行補充，而不是只採用一個寬範圍的電壓。

普渡大學已經在美國國家科學基金會(NSF)的贊助下花費多年時間研發離子風技術。研究人員估計，他們可在兩年內開發出一個工作電壓更低且電極陣列設計更耐用的新原型。
(參考原文：Ionic winds can cool chips)
(R. Colin Johnson)

資料來源 : 2007年08月29日電子工程專輯 http://www.eettaiwan.com/ART_8800477518_480102_NT_be562fbf.HTM