Effektiv omkostningseffektiv køleløsning til højtydende chips

Imec, verdens førende forsknings- og innovationshub inden for nanoelektronik og digital teknologi, annonceret i dag, at det for første gang har demonstreret en billig impingement-baseret løsning til køling af chips på pakkeniveau. Denne præstation er en vigtig nyskabelse til at tackle de stadigt stigende kølekrav fra højtydende 3D-chips og -systemer.

Højtydende elektroniske systemer klare stigende kølebehov. Konventionelle løsninger realiserer afkøling ved at kombinere varmevekslere, der er bundet til varmespredere, som derefter fastgøres til spånbagsiden. Disse er alle sammenkoblet med termiske grænsefladematerialer (TIM), der skaber en fast termisk modstand, som ikke kan overvindes ved at introducere mere effektive køleløsninger. Direkte køling på chipbagsiden ville være mere effektiv, men nuværende direkte kølende mikrokanalløsninger skaber en temperaturgradient hen over chipoverfladen.

Den ideelle spånkøler er en impingement-baseret køler med fordelte kølevæskeudløb. Den sætter kølevæsken i direkte kontakt med spånen og sprøjter væsken vinkelret på spånoverfladen. Dette sikrer, at al væsken på spånoverfladen har samme temperatur og reducerer kontakttiden mellem kølevæske og spån. Imidlertid, nuværende impingementkølere har den ulempe, at de er siliciumbaserede og dermed dyre, eller at deres dysediametre og brugsprocesser ikke er kompatible med chippakningsprocesflowet.

Imec har udviklet en ny impingement chipkøler, der bruger polymerer i stedet for silicium, at opnå en omkostningseffektiv fremstilling. I øvrigt, imecs løsning har dyser på kun 300µm, lavet ved højopløsnings stereolitografi 3D-print. Brugen af ​​3D-print tillader e-tilpasning af dysemønsterdesignet til at matche varmekortet og fremstillingen af ​​komplekse interne strukturer. I øvrigt, 3D-print giver mulighed for effektivt at printe hele strukturen i én del, reducere produktionsomkostninger og tid.

"Vores nye impingement-chipkøler er faktisk et 3D-printet 'brusehoved', der sprøjter kølevæsken direkte på den bare chip, " præciserer Herman Oprins, senioringeniør hos imec. "3D prototyping er forbedret i opløsning, gør den tilgængelig til at realisere mikrofluidiske systemer såsom vores chipkøler. 3D-print muliggør et applikationsspecifikt design, i stedet for at bruge et standarddesign."

Imecs impingement-køler opnår en høj køleeffektivitet, med en spåntemperaturstigning på mindre end 15°C pr. 100W/cm2 for en kølevæskestrøm på 1 l/min. I øvrigt, den har et trykfald så lavt som 0,3 bar, takket være det smarte interne kølerdesign. Det overgår benchmark konventionelle køleløsninger, hvor de termiske grænsefladematerialer alene allerede forårsager en temperaturstigning på 20-50°C. Udover dens høje effektivitet og dens omkostningseffektive fremstilling, imecs køleløsning er meget mindre sammenlignet med eksisterende løsninger, matcher spånpakkens fodaftryk, hvilket muliggør reduktion af spånpakken og mere effektiv køling.