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Thermal Management of High Power Microsystems Using Multiphase Flows

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Liquido di raffreddamento per dispositivi microelettronici

Una maggiore funzionalità e un consumo di energia più elevato per i dispositivi micro-optoelettronici comporta un costo: il surriscaldamento. I ricercatori finanziati dall’UE hanno compiuto un passo importante verso lo sviluppo di innovativi sistemi di raffreddamento, a differenza delle soluzioni convenzionali.

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Maggiore è la potenza consumata dai dispositivi microelettronici, più potenza viene dissipata, e quindi un aumento della temperatura è inevitabile. Il calore generato deve essere dissipato per garantire un funzionamento affidabile in condizioni diverse, senza influire negativamente sulle prestazioni. Il progetto THERMAPOWER (Thermal management of high power microsystems using multiphase flows), finanziato dall’UE, ha riunito 12 partner con competenze complementari in quanto a microfabbricazione, tecniche sperimentali e modellizzazione analitica e numerica. La stretta collaborazione ha permesso sia il trasferimento di conoscenze sia l’accesso a strutture sperimentali uniche, rafforzando la posizione dell’UE in questo settore tecnologico. Ciò ha inoltre offerto l’opportunità di formare 20 giovani ricercatori in ambito di tecniche sperimentali e modellizzazione, per quanto riguarda il monitoraggio del cambiamento di fase e la microfabbricazione. Il team THERMAPOWER ha studiato a livello sperimentale i flussi bifasici presenti nei tubi e canali con patterning di superficie variabile. Utilizzando tecniche di immaginografia avanzate, sono stati caratterizzati i flussi bifasici con interfacce deformabili nei pressi delle superfici strutturate e patinate. La ricerca ha riguardato anche la quantificazione dei flussi di condensazione e del calore di evaporazione per superfici con diversi gradi di umidità nei microcanali con diverse sezioni trasversali. In particolare, è stata quantificata l’instabilità del flusso associato ai flussi bifasici. I risultati dimostrano che l’instabilità del flusso può essere registrata mediante la misurazione relativa a cali di pressione o temperatura attraverso i canali. Grazie a una nuova tecnica di immaginografia termica, gli scienziati hanno rivelato l’esistenza di problemi di instabilità idrotermale, sulla base della crescita relativa alle bolle, durante l’evaporazione. Il risultato più significativo del progetto THERMAPOWER è dato da un modello numerico in grado di prevedere la curva di ebollizione completa, senza parametri di montaggio. Il nuovo modello può essere utilizzato nello studio del trasferimento di calore, con implicazioni significative per la progettazione di vari dispositivi, come telefoni cellulari e apparecchiature spaziali.

Parole chiave

Raffreddamento a liquido, dispositivi microelettronici, THERMAPOWER, flusso di instabilità, trasferimento di calore

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