Imec, det världsledande forsknings- och innovationsnavet inom nano-elektronik och digital teknik, meddelade idag att man för första gången har demonstrerat en billig impingement-baserad lösning för kylning av chips på paketnivå. Denna prestation är en viktig innovation för att hantera de ständigt ökande kylkraven för högpresterande 3D-chips och -system.

Högpresterande elektroniska system klarar ökande kylningskrav. Konventionella lösningar realiserar kylning genom att kombinera värmeväxlare som är bundna till värmespridare som sedan fästs på spånets baksida. Dessa är alla sammankopplade med termiska gränssnittsmaterial (TIM) som skapar ett fast termiskt motstånd som inte kan övervinnas genom att introducera mer effektiva kyllösningar. Direktkylning på chipets baksida skulle vara mer effektiv, men nuvarande direktkylningsmikrokanallösningar skapar en temperaturgradient över chipytan.

Den idealiska spånkylaren är en impingement-baserad kylare med fördelade kylvätskeutlopp. Det sätter kylvätskan i direkt kontakt med chipet och sprutar vätskan vinkelrätt mot chipytan. Detta säkerställer att all vätska på chipytan har samma temperatur och minskar kontakttiden mellan kylvätska och chip. Dock, nuvarande impingement kylare har nackdelen att de är kiselbaserade och därmed dyra, eller att deras munstycksdiametrar och användningsprocesser inte är kompatibla med spånförpackningsprocessflödet.

Imec har utvecklat en ny impingement chip-kylare som använder polymerer istället för kisel, för att uppnå en kostnadseffektiv tillverkning. Dessutom, imecs lösning har munstycken på endast 300µm, gjord av högupplöst stereolitografi 3D-utskrift. Användningen av 3D-utskrift tillåter e anpassning av munstycksmönsterdesignen för att matcha värmekartan och tillverkningen av komplexa interna strukturer. Dessutom, 3D -utskrift gör det möjligt att effektivt skriva ut hela strukturen i en del, minska produktionskostnad och tid.

"Vår nya impingement chip-kylare är faktiskt ett 3D-tryckt 'duschhuvud' som sprutar kylvätskan direkt på det nakna chipet, " klargör Herman Oprins, senior ingenjör på imec. "3D-prototyper har förbättrats i upplösning, gör det tillgängligt för att förverkliga mikrofluidiska system som vår chipkylare. 3D-utskrift möjliggör en applikationsspecifik design, istället för att använda en standarddesign. "

Imecs impingementkylare uppnår en hög kyleffektivitet, med en flintemperaturökning på mindre än 15 ° C per 100W/cm2 för en kylvätskeflöde på 1 l/min. Dessutom, den har ett tryckfall så lågt som 0,3 bar, tack vare den smarta interna kylardesignen. Den överträffar riktmärken för konventionella kyllösningar där de termiska gränssnittsmaterialen ensamma redan orsakar en temperaturökning på 20-50°C. Förutom dess höga effektivitet och dess kostnadseffektiva tillverkning, imecs kyllösning är mycket mindre jämfört med befintliga lösningar, matcha chipspaketets fotavtryck vilket möjliggör minskning av chipspaket och effektivare kylning.