Un rivestimento sui chip ucciderà i dissipatori di calore? Uno studio americano fa sperare

Un team di ricercatori dell’Università dell’Illinois ha elaborato un nuovo rivestimento per i componenti elettronici che potrebbe eliminare la necessità di dotarsi di dissipatori di calore dedicati. La nuova soluzione si è infatti dimostrata più efficiente, economica e promettente in tutti quei contesti in cui lo spazio per raffreddare l’hardware è ridotto.

Il sistema di raffreddamento è una parte indispensabile dei PC e nei server moderni, sia esso ad aria, a liquido o persino “esotico” (azoto, elio, ecc.). Il dissipatore serve infatti a disperdere il calore prodotto dai chip nel minor tempo possibile per garantire una vita utile ottimale dei componenti e permettergli di raggiungere le prestazioni previste.

Tarek Gebrael, studente di ingegneria meccanica e autore principale dello studio pubblicato su Nature Electronics, ritiene che i dissipatori attuali soffrano di tre problemi fondamentali. Il primo riguarda il costo e la loro scalabilità: i dissipatori di calore fatti in diamante sintetico, ad esempio, non solo economici.

Il secondo limite è che in genere gli heatspreader vengono collocati sopra il chip, quando gran parte del calore viene generato al di sotto del componente e per questo motivo l’efficienza ne risente: il dissipatore non è nella posizione corretta per funzionare in modo ottimale.

Ultimo problema, ma non per importanza, è la necessità di utilizzare un materiale di raccordo – la cosiddetta pasta termica – per garantire un contatto ottimale tra la base del dissipatore e l’IHS (Integrated Heat-Spreader). La pasta termica però, a volte, può rallentare ulteriormente lo scambio di calore tra il componente e il dissipatore.

La soluzione messa a punto dai ricercatori mira a risolvere tutti e tre questi problemi. Si basa su un rivestimento in rame, uno strato applicato “quasi direttamente” sulle parti elettroniche che, a diretto contatto con queste ultime, riesce a disperdere più calore e, soprattutto, più velocemente.

“L’approccio prima ricopre i dispositivi con uno strato elettrico isolante di parylene C (un polimero) e poi un rivestimento conforme di rame. Questo permette al rame di essere in prossimità degli elementi che generano calore, eliminando la necessità di materiali d’interfacciamento termico e fornendo prestazioni di raffreddamento migliorate rispetto alle tecnologie esistenti”.

Come fa notare Gebrael, il rame è decisamente più accessibile rispetto ad altri materiali analizzati, il che consente di contenere i costi. Inoltre, il rivestimento in questione riesce ad avvolgere tutte le superfici del componente “coprendo la parte superiore, inferiore e i lati…un rivestimento conforme che copre tutte le superfici esposte”. In inglese si parla di “conformal coating“.

“E questo si traduce in una potenza più elevata per unità di volume. Siamo stati in grado di dimostrare un aumento del 740% della densità di potenza“. In sostanza, su alcuni circuiti stampati (PCB) piuttosto semplici utilizzati nei test, il team ha riscontrato un miglioramento dello scambio termico fino al 740% rispetto alle soluzioni di raffreddamento tradizionali, aprendo scenari inesplorati per quanto riguarda la progettazione dei componenti elettronici e di interi server / computer.

I ricercatori passeranno a test più approfonditi per valutare l’affidabilità e la durata dei rivestimenti, aspetti fondamentali per raggiungere applicazioni commerciali. Inoltre, l’intenzione è quella di impiegare il rivestimento con le GPU. La tecnologia si è dimostrata adeguata al funzionamento sia ad aria che in acqua, quest’ultima necessaria per applicazioni di “raffreddamento a immersione”. Il team sta ora valutando l’affidabilità in acqua bollente, fluidi dielettrici bollenti e ambienti ad alta tensione.