EN
De meest recente innovaties op het gebied van verticale stapeling van 3D-geïntegreerde schakelingen hebben ernstige warmteproblemen veroorzaakt in 3D-geïntegreerde schakelingen. Traditionele lucht- of vloeistofkoelmethoden zijn ontoereikend. Microfluïdische koeling integreert miniatuurkoelkanalen in de siliciuminterposers of pakketsubstraten, waardoor de koelwerking dicht bij de werkende transistors kan plaatsvinden. Dit verbetert de thermische weerstand met ongeveer 40% ten opzichte van traditionele heatsinkoplossingen. Jetimpingement is nog extremer. Deze techniek is gebaseerd op het principe van warmteoverdracht via snel bewegende vloeistofstromen die gericht worden op individuele hotspots op de chip, met name in dichte logica- of input/output-die. Deze techniek kan warmte afvoeren met een snelheid van meer dan 300 watt per vierkante centimeter. Bij toepassing op de meest complexe 2,5D- en 3D-chippakketten verminderen de bovengenoemde koelmethoden het effect van temperatuurgeïnduceerde mechanische belastingen en voorkomen ze de afscheiding van lagen bij de nieuwste verpakkingsmethoden, zoals fan-out en hybride bonding.
Tweefasige vloeibare koeling biedt de mogelijkheid om warmtestromen van meer dan 500 W/cm² af te voeren.
De koelvloeistof Novec 649 of FC-72 verandert in contact met hete oppervlakken in damp. Deze hoge warmteabsorptiecapaciteit van de koelvloeistof overtreft de absorptiecapaciteit van koelmethode met één fase. Deze koelmethode blijkt de beste te zijn voor warmtestromen van meer dan 500 W/cm², wat niet haalbaar is met normale conductieve of convectieve koeling. In de praktijk behouden dampfasekoelsystemen bij chips met een vermogen van meer dan 2 kW de temperatuur van de gekoelde oppervlakken op 85 °C, inclusief AI-processors in supercomputers die exascale-prestaties bereiken. Nadat de koelvloeistoffen de warmte hebben geabsorbeerd, stroomt de dampfase naar een extern geplaatste koudeplaat of naar kleine kanalen van een condensor. Hierdoor wordt de thermische kring (lus) gesloten. Dit maakt de koelsystemen, met name voor koeling aan de achterzijde van chips en grootschalige serverracks, zeer voordelig, aangezien het bijvullen van de koelvloeistof niet nodig is.
Veelgestelde vragen
Wat zijn microfluïdische koeling en straalstootkoeling?
Terwijl microfluïdische koeling gebruikmaakt van kleine kanalen in siliciumsubstraten voor een efficiëntere koeling, maakt straalstootkoeling gebruik van snel bewegende vloeistofstromen die specifieke warmteplekken op de chips raken.
Waarom is tweefasenkoeling zo effectief?
Tweefasenkoeling kan meer dan 500 watt per vierkante centimeter bereiken, wat aanzienlijk hoger is dan bij alle conventionele methoden, simpelweg omdat de koelvloeistof verdampt op de warme componenten.
Kunnen deze koelmethode worden toegepast in grootschalige toepassingen?
Ja, microfluïdische koeling en tweefasenkoeling zijn zeer geschikt voor grootschalige serverracks en directe chipkoeling, met name voor AI-processors en supercomputers.