La refrigeración es necesaria para bajar la temperatura de los chips y evitar que se fundan. Un chip funciona con electricidad y está formado por resistencias (entre otros elementos). Estas resistencias, tal como indica su nombre, impiden que la electricidad pase a través de ellas de forma libre; presentan una cierta oposición (resistencia). Esta oposición genera un efecto llamado Joule que consiste en la generación de calor en las resistencias. Como la energía no se crea ni se destruye, la electricidad que no consigue pasar la resistencia se convierte en calor. Es principalmente por esta razón que un chip necesita refrigeración.
Otro motivo por el cual es importante la refrigeración es la electromigración. La electromigración es un fenómeno que se produce dentro del chip y consiste en una reordenación de los átomos debido al paso de la electricidad. Esto implica que el tamaño de las pistas (cables dentro del chip) puede aumentar hasta tocar otra que está a su lado provocando un cortocircuito (foto de la derecha), o bien la pista puede quedar cortada (foto de la izquierda). Este fenómeno se produce más rápidamente cuando el chip funciona a temperaturas para las que no fue diseñado.
Detalle del fenómeno de la electromigración
Otro punto a tratar es la velocidad del chip. Las resistencias no están solas en un chip ya que junto con otros componentes electrónicos forman lo que se llaman puertas lógicas. Estas puertas lógicas forman a su vez estructuras más complejas llamadas vulgarmente flip-flops. Con la tecnología CMOS los flip-flops están fabricados con silicio dopado positivamente (P) o negativamente (N) formando grupos PNP o NPN, pero su funcionamiento es el mismo. Estos flip-flops se llaman así porque tienen dos estados, el 1 y el 0. Los flip-flops almacenan información y cuando es necesario conmutan de un estado al otro (de ahí viene el nombre flip-flop). Cuando se cambia de estado es el momento que se consume energía ya que es el único momento en el que circula electricidad. Es por esta razón que un chip que funciona a más megahercios (Mhz) se calienta más ya que sus flip-flops pasan más a menudo de un estado al otro (y por lo tanto pasa más electricidad). La conclusión es que a más Mhz más calor genera el chip.
