IMEC launcht innovatives Kühlsystem für 3D-Chips

Das in Leuven, Belgien, ansässige Forschungszentrum für Mikroelektronik IMEC präsentiert nun deren neueste Innovation: eine mit 3D-Technologien hergestellte, Impingement basierte Lösung zur Kühlung von 3D-Chips.

Dieses Kühlsystem ist nicht imec’s erstes Projekt in Bezug auf 3D-Drucktechnologien. Mit Niederlassungen in Japan und Indien sowie zahlreichen R&D-Gruppen und den USA, Taiwan, China, den Niederlanden sowie auch an diversen flämischen Universitäten ist es imec möglich in diversen Bereichen zu forschen. Im Rahmen einer dieser Forschungen stellte das Mikroelektrotechnik-Unternehmen bereits eine Transistor-Logikplatine mit fast 3.400 Schaltkreisen unter Verwendung von Inkjet-Druck her. Ein weiteres Beispiel kommt aus dem medizinischen Bereich und stellt ein 3D-gedrucktes EEG-Headset dar.

Nachdem sich imec schon in Branchen wie Gesundheit, Bildung, intelligenten Städten und Mobilität, Logistik, Fertigung sowie auch Energie profilieren konnte, konzentriert sich das Unternehmen nun auf Kühllösungen. Zu eben diesem Thema entwickelte der Mikroelektronik-Konzern nun eine auf Impingement basierende, mit 3D-Drucktechnologien hergestellte Kühllösung für Chips auf Verpackungsebene.

Vor allem da die Kühlanforderungen für 3D-Chips sowie –Systeme stetig steigen, zählt das von imec entwickelte Kühlsystem als eine besondere Innovation. Weiters stellt dieses neue System erstmals eine kosteneffektive sowie 3D-gedruckte Lösung in diesem Bereich dar. Die einfachste Lösung, um 3D-Chips zu kühlen wäre es die Kühlung direkt an der Rückseite des Chips anzubringen, was jedoch meist einen unerwünschten Temperaturgradienten über die Oberfläche des Chips erzeugt.

Imec’s neues Kühlsystem basiert auf Impingement und besteht aus verteilten Kühlmittelauslässen. Somit wird die Kühlflüssigkeit in direkten Kontakt mit dem Chip gebracht, indem diese senkrecht an die Oberfläche des Chips gesprüht wird. Diese Lösung trägt also dazu bei, dass die gesamte Flüssigkeit auf der Chip-Oberfläche die gleiche Temperatur behält und gleichzeitig die Kontaktmenge zwischen Chip und dem Kühlmittel verringert wird.

Einen weiteren großen Vorteil stellt die Kosteneffizienz dar. Meist basieren vergleichbare Kühlsysteme auf Silizium, was die Kosten erheblich steigen lässt. Imec setzt in diesem Punkt jedoch auf Polymere und hält so die Kosten für deren 3D-Chip-Kühllösung relativ niedrig.

“Unser neuer Impingement-Chip-Kühler ist eigentlich ein 3D-gedruckter “Duschkopf “, der die Kühlflüssigkeit direkt auf den nackten Chip sprüht. Das 3D-Prototyping hat sich in der Auflösung verbessert und steht damit für die Realisierung von mikrofluidischen Systemen wie unserem Chip-Kühler zur Verfügung. Der 3D-Druck ermöglicht ein anwendungsspezifisches Design anstelle eines Standarddesigns,” kommentiert Herman Oprins, leitender Ingenieur bei IMEC.

Diese Duschkopf-ähnlichen Kühlmittelauslässe wurden mit der hochauflösenden SLA-Technologie hergestellt und weisen eine Größe von nur 300μm auf. Weiters war es imec mit dem Einsatz von 3D-Drucktechnologien möglich sowohl die Produktionskosten als auch die Produktionszeit zu reduzieren.

Nach Aussage des Unternehmens weißt der 3D-gedruckte Impingement-Chip-Kühler “einen Temperaturanstieg von weniger als 15 ° C pro 100W / cm2 bei einer Kühlmittelflussrate von 1 l / min.” auf.