EN
De seneste innovationer inden for vertikal stable af 3D-integrerede kredsløb har givet anledning til alvorlige varmeudfordringer i 3D-integrerede kredsløb. Traditionelle metoder til luftkøling eller væskekølingsløsninger er utilstrækkelige. Mikrofluidisk køling integrerer miniature kølekanaler i siliciuminterposere eller pakkesubstrater, hvilket muliggør, at kølingen finder sted tæt på de aktive transistorer. Dette forbedrer den termiske modstand med ca. 40 % i forhold til traditionelle køleplader. Jet-impingement er endnu mere avanceret. Denne teknik bygger på princippet om at transportere varme ved hjælp af hurtigt bevægende væskestrømme, der rettes mod enkelte varmeområder på chippen, især i tætte logik- eller input/output-die. Denne teknik kan fjerne varme med en hastighed på over 300 watt pr. kvadratcentimeter. Når den anvendes på de mest komplekse 2,5D- og 3D-chip-pakker, mindsker ovennævnte kølemetoder indvirkningen af temperaturbetingede mekaniske belastninger og forhindrer lagadskillelse i de nyeste pakketeknikker, såsom fan-out og hybrid bonding.
Tofaset væskekøling giver mulighed for at aflede varmestrømme på over 500 W/cm².
Kølevæsken Novec 649 eller FC-72 omdannes til damp ved kontakt med varme overflader. Denne kølevæskes høje varmeabsorptionskapacitet overstiger absorptionskapaciteten for enfasede kølemetoder. Denne kølemetode viser sig at være den bedste til varmestrømme på over 500 W/cm², hvilket almindelig lednings- eller konvektiv køling ikke kan opnå. I praksis opretholder dampfasekølesystemer, ved brug af store 2 kW-chips, temperaturen på de kølede overflader ved 85 °C – herunder også AI-processorer i supercomputere, der opnår exascale-ydelse. Når kølevæskerne har absorberet varmen, strømmer dampfasen til en eksternt placeret køleplade eller til små kanaler i en kondensator. Derved lukkes det termiske kredsløb (loop). Dette gør kølesystemerne især meget fordelagtige til køling af chips fra bagsiden og til storskala serverraketter, da der ikke er behov for at genopfylde kølevæsken.
Ofte stillede spørgsmål
Hvad er mikrofluidiske kølesystemer og jetimpingement?
Mens mikrofluidisk køling anvender små kanaler i siliciumsubstrater til mere effektiv køling, anvender jetimpingement hurtigt bevægende væskestrømme, der rammer specifikke varme punkter på chipene.
Hvad gør tofases væskekøling så god?
Tofases køling kan levere mere end 500 watt pr. kvadratcentimeter, hvilket langt overgår alle konventionelle metoder, fordi kølemidlet fordampes på de varme komponenter.
Kan disse kølemetoder implementeres i store skala-ansøgninger?
Ja, mikrofluidisk køling og tofases køling er meget velegnede til store serverskabe og direkte chipkøling, især til AI-processorer og supercomputere.