图：工程师富兰克林o罗宾逊与他开发的试验台（图片来源:NASA网站）

据美国国家航空航天局（NASA）网站10月28日报道，NASA正在着手研究3D集成电路冷却技术，以便将3D集成电路技术应用在空间设备上。3D集成电路具有体积更小、功耗更低、功能更强的优势，能够让最小的组件提供最强大的功能，其唯一的缺点是难以散热。NASA戈达德太空飞行中心的热力工程师富兰克林o罗宾逊及其团队正研究通过将发丝般大小的通道嵌入到芯片内或芯片之间，使冷却剂通过该通道流动，达到散热的目的。

未来的集成电路设备可能看起来与摩天大楼极为类似：一个部件摞着一个部件地堆叠起来，每一层由连接线将其与邻近的层相连，很像电梯将一个楼层与下一个楼层连接起来的方式。芯片彼此摞叠，连接芯片的接线更短，数据既可以水平传送，也可以垂直传送，使带宽加大，计算速度和性能得到改进，同时功耗更低。“更小的组件具备更强大的功能，”罗宾逊表示，“微型设备对美国航空航天局新出现的任务系列很重要。这些仪器的目标在于让最小的组件提供最强大的功能。”但问题在于如何为这些紧凑的3D芯片散热。

芯片之间的空间越小，其散热难度越大。为确保NASA从这种新兴3D电路技术中受益，罗宾逊及其团队已着手研究散热技术，该技术通过将人类发丝般大小的通道嵌入到芯片内或芯片之间，使冷却剂通过该通道流动，达到散热的目的。相比之下，跟传统的2D集成电路中的散热明显不同，设计员会创建“平面图”，将发热设备尽量远远分开，热量会传送到印刷电路板，被引导到电子设备盒子侧壁的夹具，最终抵达安装在盒子上的散热器。“这种方法不适用于芯片堆叠，因为堆叠中的一个芯片或更多芯片没有与印刷电路板连接，”罗宾逊说，“然而，我们可以通过让冷却剂在这些微小的嵌入式通道中流动排出热量。”

为进一步改进微通道制冷剂，该团队还在研究“流动沸腾”的有效性，这是指冷却剂通过微小缝隙流动时会沸腾。据罗宾逊所言，该技术可使热传递比率更高，使设备更降温，因过热导致失败的可能性更低。这还取决于工作流体的汽化潜热，它会降低流动率，使泵运功率降到最低。

另外值得关注的是，微型通道中的流动沸腾可能不受重力缺失的影响，这在应用于微重力环境下飞行的技术领域时至关重要。罗宾逊团队正在评估微型通道中的二相流，旨在制作一份引发重力不灵敏现象的通道尺寸、流动参数和流体性质的标准清单。“这是必要的，因为一些系统会随重力的改变而产生性能变化，”他说。“这很麻烦，因为在轨性能可能与地面性能不匹配。如果能够形成重力不灵敏的条件，我们可以显著降低基于空间的应用风险。”（温熙越  编译）