芯片级微流体热控技术

    从本质上讲，美国国防预研计划局（DARPA）视热控技术与其他芯片设计技术同等重要，使用嵌入式芯片级热管理技术可以提高军用电子设备的性能。DARPA表示，在芯片集成对流或微流体冷却技术非常有潜力，可以加快先进芯片集成的技术革新。

DARPA最近发布了一份关于芯片级微流体热控技术的项目，旨在为军用电子设备探索革命性热管理技术，帮助设计师大幅削减电子产品的大小、重量和功耗，以便加强国防电子设备性能。

DARPA表示该项目使RF MMIC和高性能嵌入式计算板的热流密度达到1千瓦/平方厘米，热能密度达到1千瓦/立方厘米。总体来说，该项目旨在将芯片内/芯片间微流体冷却技术和芯片上热传导技术应用到RF MMIC和功能强大的嵌入式计算板。该项目研制出了微流体散热片，尺寸仅为250微米厚、5毫米长和2.5毫米宽，所含冷却水量不足一滴，但已足够冷却最热的电路芯片，这将有望提高电子、雷达以及激光器的功率和性能。

在该项目的第一阶段，洛·马公司验证了嵌入式微流体冷却方法的有效性。芯片平均散热能力达到1KW/cm²，多个局部热点的散热能力达到30KW/cm²，大约是常规芯片所产生热量密度的4~5倍。

    在该项目的第二阶段，研究团队已经将重点转移到冷却高功率的RF放大器，来验证通过改善散热控制能够有效提升性能。利用芯片级微流体热控技术，能够使一个给定的RF在输出功率增加6倍的情况下，依然能够保持比传统冷却的相同器件的温度还要低。

在其不断努力以从实验室转移该技术到应用领域，洛克希德·马丁公司正在开发一个功能齐全的、微流冷却的、发射天线原型，以增加该技术的可读指数（TRL）。这将为未来电子系统的可能性插件打下基础。

当今最先进的各种系统由数以千计的电子元件构成，如果没有创新的冷却技术，这些系统就会由于散热问题而无法正常工作。洛克希德·马丁公司正在与DARPA的微系统技术办公室（MTO）就其芯片级微流体热控技术应用展开合作，这项研究可能最终实现一种更轻便、更快速并且更便宜的方式来冷却高功率的微芯片，即利用通过利用细微的水滴来冷却芯片。该技术已经应用于电子作战、雷达、高性能计算机和数据服务器。

洛克希德·马丁公司的工程师组成的核心团队正在开发一种能够满足芯片级微流体热控技术项目目标的产品，能够提升射频（RF）MMIC功率放大器以及嵌入式高性能计算系统的性能，通过芯片级的散热性能和高性能嵌入式计算系统技术。洛·马公司实验证明其微流体冷却方法将可以减少四倍的热阻和相比于常规冷却技术六倍的冷却效果，可提高RF输出功率的有效性。

使用当前的技术，我们可以投入微芯片功率是有限的，其中一个最大的挑战就是散热问题。如果可以有效控制散热，就可以使用较少的芯片实现相同的功能，这意味着采用更少的材料，即节省成本，并减少系统的尺寸和重量。或者使用相同的芯片数量，如果能够有效控制散热问题，就可以使得系统获得更高的性能。

洛克希德·马丁公司正在与Qorvo合作，尝试将其技术与Qorvo的高性能氮化镓处理器进行整合，通过消除热屏障来控制GaN的全RF功率处理能力，这将有助于通过消除目前散热对氮化镓半导体性能的影响。洛克希德·马丁公司的技术也适用于任何高热流密度的集成电路，如现有砷化镓（GaAs）和未来的金刚石基氮化镓（GaN）器件应用。

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