次世代冷却技術で前例のない放熱性能を実現(Next-Gen Cooling: Peking University Achieves Unprecedented Heat Dissipation)

2025-09-24 北京大学(PKU)

北京大学工学院の宋柏教授らの研究チームは、マイクロチャネル冷却技術で世界最高レベルの放熱性能を達成した。三層構造のマイクロ流体アーキテクチャをデバイス内に埋め込み、わずか0.9W/cm²のポンピング電力で3,000W/cm²の熱流束を除去。従来限界(約2,000W/cm²)を超え、性能係数(COP)13,000を記録した。この構造はMEMS技術で製造可能で、SiC・GaNなどのワイドバンドギャップ半導体に適用できる。エネルギー効率と信頼性を兼ね備えた冷却手法として、電力エレクトロニクス、RFデバイス、データセンター、高性能計算機への応用が期待される。成果はNature Electronics誌に掲載。

次世代冷却技術で前例のない放熱性能を実現(Next-Gen Cooling: Peking University Achieves Unprecedented Heat Dissipation)
Figure 1. Jet-enhanced manifold microchannels for embedded chip cooling.

<関連情報>

最大熱流束3,000 W cm −2までの電子機器冷却用ジェット強化マニホールドマイクロチャネル Jet-enhanced manifold microchannels for cooling electronics up to a heat flux of 3,000 W cm−2

Zhihu Wu,Wei Xiao,Haiyu He,Wei Wang & Bai Song
Nature Electronics  Published:09 September 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41928-025-01449-4

Abstract

The miniaturization of advanced electronics can lead to high heat fluxes, which must be dissipated before they cause device degradation or failure. Embedded microfluidic cooling is of potential value in such systems, but devices are typically limited to heat fluxes below 2,000 W cm−2. Here we report a microfluidic cooling strategy that can dissipate heat fluxes up to 3,000 W cm−2 at a pumping power of only 0.9 W cm−2 using single-phase water as the coolant. Our approach is based on a three-tier structure that consists of a tapered manifold layer on the top, a microjet layer in the middle and a microchannel layer with sawtooth-shaped sidewalls at the bottom. The structures are etched directly into the backside of the silicon substrate using standard microelectromechanical system technology. Moreover, the coefficient of performance can reach 13,000 and dissipate a heat flux of 1,000 W cm−2 at a maximum chip temperature rise of 65 K.

0403電子応用
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