IMEC-Sprühkühlung
Die Entwicklung leistungsstarker elektronischer Systeme stellt immer höhere Anforderungen an die Wärmeableitungskapazität. Die traditionelle thermische Lösung besteht darin, den Wärmetauscher am Kühlkörper zu befestigen und den Kühlkörper dann an der Rückseite des Chips anzubringen. Diese Verbindungen verfügen über Thermal Interface Interconnect Materials (TIMS), die einen festen Wärmewiderstand erzeugen und nicht durch die Einführung effektiverer Kühllösungen überwunden werden können. Eine direkte Kühlung auf der Rückseite des Chips ist effektiver, die vorhandenen Mikrokanal-Kühllösungen erzeugen jedoch einen Temperaturgradienten auf der Chipoberfläche.
Die ideale Lösung zur Spankühlung ist ein Sprühkühler mit verteiltem Kühlmittelauslass. Es trägt Kühlflüssigkeit direkt in der Verbindung mit dem Chip auf und sprüht sie dann vertikal auf die Chipoberfläche, wodurch sichergestellt werden kann, dass alle Flüssigkeiten auf der Chipoberfläche die gleiche Temperatur haben und die Kontaktzeit zwischen Kühlmittel und Chip verkürzt wird. Allerdings weist der bestehende Sprühkühler Nachteile auf, entweder weil er auf Siliziumbasis teuer ist oder weil sein Düsendurchmesser und sein Auftragungsprozess nicht mit dem Chip-Packaging-Prozess kompatibel sind.
IMEC hat einen neuen Spray-Chip-Kühler entwickelt. Erstens wird Hochpolymer verwendet, um Silizium zu ersetzen und so die Herstellungskosten zu senken. Zweitens ist durch den Einsatz der hochpräzisen 3D-Druck-Herstellungstechnologie nicht nur die Düse nur 300 Mikrometer groß, sondern auch die Wärmekarte und die komplexe interne Struktur können durch die Anpassung des grafischen Designs der Düse angepasst werden, wodurch Herstellungskosten und -zeit reduziert werden können.
Der Sprühkühler von IMEC erreicht eine hohe Kühleffizienz. Bei einer Kühlmitteldurchflussrate von 1 l/min darf der Anstieg der Chiptemperatur pro 100 W/cm2 Fläche 15 Grad nicht überschreiten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der von einem einzelnen Tropfen ausgeübte Druck aufgrund eines intelligenten Innendesigns nur 0,3 bar beträgt. Diese Leistungsindikatoren übertreffen die Standardwerte herkömmlicher Kühllösungen. Bei der herkömmlichen Lösung kann nur das Wärmeschnittstellenmaterial einen Temperaturanstieg von 20-50 Grad verursachen. Zusätzlich zu den Vorteilen einer effizienten und kostengünstigen Herstellung ist die Größe der IMEC-Lösung viel kleiner als die bestehender Lösungen, was besser zur Größe des Chipgehäuses passt und die Reduzierung des Chipgehäuses und eine effizientere Kühlung unterstützt.
