東大、シリコンチップを水の気化熱で冷却する高効率な新技術を開発

東京大学(東大)は4月14日、シリコンチップに微細な水路(マイクロ流路)を形成し、その中を流れる水の気化熱を利用することで、高性能化に不可欠な集積回路の冷却を実現する高効率冷却技術を開発したことを発表した。

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  今回開発された三次元マイクロ流路構造。毛細管現象により、発熱するシリコンチップに水の薄膜を効率的に接触させ、気化した水蒸気を流路中央に通すことで、高効率かつ安定的な冷却を実現(出所:東大プレスリリースPDF)

同成果は、東大 生産技術研究所のグラール・サイモン特任研究員(研究当時)、同・柳澤亮人特任助教(研究当時)、同・ジャラベール・ロラン国際研究員、同・金秀炫准教授、同・野村政宏教授、東大大学院 工学系研究科 電気系工学専攻のシ・ホンユアン大学院生(研究当時)、同・機械工学専攻のポール・ソウミャディープ特任研究員(研究当時)、同・大宮司啓文教授、東大 国際高等研究所東京カレッジのヴィオヴィ・ジャン＝ルイ連携教員(CNRS/キュリー研究所/IPGG名誉所長兼任)らの共同研究チームによるもの。詳細は、化学や工学なども含めた物理学全般を扱う学際的な学術誌「Cell Reports Physical Science」に掲載された。

半導体チップの小型化と高集積化に伴い、発熱量は増大の一途を辿っている。そのため効率的な冷却が不可欠であり、冷却が滞れば性能低下や寿命短縮を招く。そうした中で近年注目を集めているのが、チップ内部に微細な水路を設けて冷却液を循環させる「埋め込み冷却」技術。それに加えて冷却液の気化熱を活用することで、一層の冷却効率の向上が見込まれている。

しかし、微細な水路内における液体の沸騰・気化の制御は容易ではなく、冷却効率の低下や流れの不安定性を招くといった課題を抱えていた。そこで研究チームは今回、「マニホールド」と「キャピラリー構造」を組み合わせた新しい冷却システムの開発に挑んだという。