GaN 전력 IC에 통합된 칩 내 미세유체 냉각이 78 kW/l의 높은 전력 밀도를 달성하다

갈륨 나이트라이드(GaN) 반도체의 측면 구조는 논리 장치와 전력 장치의 단일 집적을 가능하게 하여, 부피가 큰 컨버터를 컴팩트한 패키지로 소형화할 가능성을 제공합니다. 그러나 이러한 밀집 집적에서 발생하는 집중된 열은 국소적으로 1 kW/cm²를 초과할 수 있으며, 이는 현재 열 관리 기술의 한계를 초과합니다. 본 논문에서는 효율적인 열 관리를 제공하고 초고전력 밀도를 달성하기 위해 GaN 전력 집적 회로(IC) 위에 직접 칩 내 미세유체 냉각을 통합하는 가능성을 제시합니다. 또한 적층 제조된 패키징과 함께 이를 구현하여 이 프로토타입 전력 모듈과 0.44 kW의 48 V–24 V dc–dc 컨버터를 컴팩트한 32단 브릭 폼 팩터로 실현하였습니다. 우리의 결과는 열 저항이 14배 감소하고, 열 싱크 및 팬 냉각과 비교하여 총 출력 전력이 4배 증가한 것을 보여줍니다. 78 kW/l의 뛰어난 성능이 달성되었고, 전력 변환 효율이 95%를 초과하는 향상이 있었습니다. 전력 IC 설계에서 열적 한계를 제거하고, 단일 액체 냉각 칩에 결합된 매우 집적된 토폴로지를 가능하게 하여, 이 연구는 우리의 사회 전기의 접근에 대한 효율적이고 매우 컴팩트한 전력 변환의 미래를 열어줍니다.