東京大學開發了一項新型晶片冷卻技術「三次元微流道(3D Microchannel)」，係於半導體晶片上設置微流道，讓冷卻水流過時不僅帶走熱量，還能利用水蒸發時的汽化熱進一步降低溫度。此項技術不同於台積電(TSMC)等業者開發的液冷系統僅利用水流散熱，東京大學亦透過汽化熱效應提升冷卻效率。研究團隊設計能將水廣範圍且薄薄地分佈於晶片表面的結構，利用毛細管現象促進水的蒸發，同時降低能耗。
「三次元微流道」晶片冷卻系統由兩片矽(Si)基板組成，一片形成稱為「微流道(Microchannel)」的細微流路，另一片則形成使用於分配冷卻水的集流歧管(Manifold)。冷卻水在這些結構中流動時，能有效帶走晶片產生的熱能。加熱後的水會從出口排出，不會與進入的冷卻水混合。
此項技術的關鍵在於微流道側壁附近配置了大量微柱結構(Micropillars)，形成模仿毛細管的微細空間。此舉不僅能引導水流入微流道進行冷卻，當部分水因受熱蒸發時，藉由吸收周圍熱量（汽化熱）可進一步降低晶片溫度。毛細結構的作用是讓極薄的水膜能緊密接觸高溫的矽表面。利用表面張力所產生的毛細管現象，水分能自發地擴散成薄膜，無須使用水泵等電力驅動，即能自然形成廣泛的蒸發區域。
東京大學指出，「以汽化熱冷卻晶片」的概念雖早已出現，但過去難以有效控制水的汽化過程。然而藉由導入毛細結構，成功克服了這項技術瓶頸。一般而言，僅在矽基板中製作微流道並流入水，並不足以達成高效率散熱，因為水具一定黏性，在狹窄流道中不易流動。此次開發的系統結合了微流道與集流歧管兩種結構，能適當控制水流量與流速，確保穩定的冷卻效果。
讓水直接流過晶片表面的構想看似大膽的嘗試，但近年來相關技術的研究在全球活躍發展。晶圓代工龍頭TSMC正在開發的「Si-integrated Micro Cooler (IMC-Si)」技術，即是在晶片上形成微流道以導入冷卻液直接降溫。東京大學研究團隊則進一步設計能利用汽化熱的流道結構，展現出有別於大型半導體企業的創新構想。
在實證實驗中，以每分鐘約2公克的水送入流道，結果顯示其熱處理能力達到每平方公分700瓦，遠超既有液冷設計。此外，與傳統設計相比，水流阻力（壓降）降低了62%，而此效果是由於歧管結構降低了通道內的流速並縮短了水的流動距離。另在冷卻性能的「性能係數(COP)」方面，最大值達到約20萬，高於其他研究團隊的既有成果。
然而，為達到實用化，仍有供水導管的最佳化設計等課題待解決。例如目前實驗所用的導管直徑約1毫米，比晶片厚，無法從側面插入，需要考慮在基板背面設置金屬底座等方式予以改善。此外，結合兩片具有微細結構的矽基板在製程確立與成本控制方面也仍有改善的必要。但這些技術問題在半導體製造領域已有豐富經驗，因此東京大學計畫與半導體廠商展開共同研究，推動實用化進程。