IMEC-Sprühkühltechnologie für thermische Chiplösungen
Die Entwicklung leistungsfähiger elektronischer Systeme stellt immer höhere Anforderungen an die Wärmeableitungskapazität. Die traditionelle thermische Lösung besteht darin, den Wärmetauscher am Kühlkörper anzubringen und dann den Kühlkörper an der Rückseite des Chips anzubringen. Diese Verbindungen haben thermische Schnittstellenverbindungsmaterialien (TIMS), die einen festen thermischen Widerstand erzeugen und nicht durch die Einführung effektiverer Kühllösungen überwunden werden können. Die direkte Kühlung auf der Rückseite des Chips wird effektiver sein, aber die bestehenden Mikrokanal-Kühllösungen erzeugen einen Temperaturgradienten auf der Chipoberfläche.
Die ideale Spänekühllösung ist ein Sprühkühler mit verteiltem Kühlmittelaustritt. Es bringt Kühlflüssigkeit direkt in die 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 dem Kühlmittel und dem Chip verkürzt wird. Der vorhandene Sprühkühler hat jedoch Nachteile, entweder weil er auf Siliziumbasis teuer ist oder sein Düsendurchmesser und sein Auftragungsprozess nicht mit dem Chip-Packaging-Prozess kompatibel sind.
IMEC hat einen neuen Sprühspänekühler entwickelt. Erstens wird Hochpolymer verwendet, um Silizium zu ersetzen, um die Herstellungskosten zu senken; Zweitens ist durch die hochpräzise 3D-Druck-Fertigungstechnologie nicht nur die Düse nur 300 Mikrometer groß, sondern auch die Heatmap und die komplexe interne Struktur können durch die Anpassung des Düsengrafikdesigns angepasst und die Herstellungskosten und -zeit reduziert werden.
Der Sprühkühler von IMEC erreicht eine hohe Kühleffizienz. Bei einer Kühlmitteldurchflussrate von 1 L/min darf die Erhöhung der Chiptemperatur pro 100 W/cm2 Fläche 15 Grad nicht überschreiten. Ein weiterer Vorteil ist, dass der von einem einzelnen Tropfen ausgeübte Druck durch ein intelligentes internes Design nur 0,3 bar beträgt. Diese Leistungsindikatoren übertreffen die Standardwerte herkömmlicher Kühllösungen. Bei der herkömmlichen Lösung kann nur das Wärmeleitmaterial 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 der bestehenden Lösungen, was besser zur Größe des Chipgehäuses passt und die Reduzierung des Chipgehäuses und eine effizientere Kühlung unterstützt.
