Jonvindar kan kyla chips

Amerikanska forskare har använt jonvindar för att kyla ytan av en okapslad krets. Med sin lilla vindgenerator förbättrar de förmågan att transportera bort värme med 250 procent.

Forskare vid Purdueuniversitetet i den amerikanska delstaten Indiana har genererat jonvindar för att få de laddade luftmolekylerna mellan två högspänningselektroder att röra på sig. Därmed förbättras värmeöverföringskoefficienten, som beskriver förmågan till avkylning, hos en kiselkrets med 250 procent. Vindgeneratorn övervinner den kraft som vanligtvis håller luftmolekylerna närmast chipsytan stilla och har utvecklats med stöd från Intel.

– Andra experimentella försök att förbättra kylningen kan ge dig en 40- till 50-procentig förbättring. En 250-procentig förbättring är rätt ovanlig, säger Suresh Garimella, ingenjörsprofessor vid Purdue som lett arbetet.

Prototypen består av högvoltselektroder på vardera sidan om chipet. Genom att lägga en spänning på tusen volt över elektroderna laddas luftmolekylerna i utrymmet mellan dem upp och genererar en jonvind över chipets yta. I vanliga fall står luften stilla över chipytan och hindrar värmeöverföring. Prototypen har en positivt laddad tråd, en anod, tio millimeter ifrån ett antal negativt laddade katoder. Med spänningen rör sig negativt laddade elektroner mot den positiva anoden. Längs vägen krockar elektronerna med luftmolekylerna och producerar positiva joner. Dessa dras mot den negativt laddade elektroden och skapar en jonvind.

När jonvindsgeneratorn används i kombination med en konventionell fläkt effektiviseras fläkten genom att generatorn ökar luftflödet över chipets yta. Tekniken skulle kunna gör framtidens bärbara datorer både tunnare och svalare än dagens. Forskarna har patenteratsina rön och publicerat dem i den ansedda forskningstidskriften Journal of Applied Physics.

– Utmaningen framöver är att förbättra kylningen som vi visat, vid lägre arbetsspänningar och försäkra oss om att vi har en robust elektroddesign, säger Suresh Garimella.

Redan inom tre år hoppas gruppen att tekniken ska finnas i kommersiella datorer, och längre fram i mobiltelefoner och annan bärbar elektronik.

Avancerade kyltekniker behövs om datortillverkarna ska kunna utveckla datorer som är ännu mer kompakta, lätta och ändå tillräckligt kraftfulla för att kunna köra spel, filmer och andra grafiktunga tillämpningar. Konventionell kylning begränsas av att de luftatomer som befinner sig närmast över chipet står stilla. Och hindrar kylning där den bäst behövs. Ju längre ifrån ytan desto snabbare rör sig atomerna.