Immer höhere Wärmeerzeugung
Nanoteilchen verbessern die Chip-Kühlung

Um die immer weiter ansteigende Wärmeerzeugung von forgeschrittenen Chips zu kompensieren, sind fortgeschrittene Lösungen nötig. IBM hat nun ein System vorgestellt, welches mit Kleinstpartikeln aus Metall oder Keramik arbeitet – und diese Aufgabe zur Zufriedenheit meistert.

HB DÜSSELDORF. Das Zürcher Forschungslabor von IBM hat eine neue Methode vorgestellt, mit der Computer-Chips besser gekühlt werden. Dabei kooperierte der amerikanische IT-Konzern mit dem Kleber-Hersteller Momentive Performance Materials, ehemals GE Advanced Materials. Die Ende vergangener Woche während der IEEE Semi-Therm-Konferenz im kalifornischen San José präsentierte Technik erhöht die Wärme-Leitfähigkeit des Klebers, der die Halbleiter an ihre Kühlsysteme anbindet.

Weil die Leiterbahnen immer kleiner werden, erzeugen Computer-Chips eine immer größere Wärme. Um diese abzuführen, wird am Mikroprozessor ein Kühlsystem mit Hilfe eines speziellen Klebers angebracht, der jedoch den Abtransport der Wärme behindert. Beim Überwinden dieser Barriere helfen Metall- oder Keramikpartikeln in Mikrometergröße, mit denen der Kleber angereichert wird. Sie bilden eine Art Hitzeabführungsbrücke vom Chip zum Kühlsystem. Das Problem bislang: Auch stark mit Nanopartikeln angereicherte Klebepasten arbeiteten eher ineffizient, da sie bis zu 40 Prozent der Kühlkapazität aufbrauchten.

Dieses Problem haben die IBM-Forscher nun mit ihrem neuen Verfahren gelöst. Sie stellten fest, dass der Kleber beim Aufbringen des Chips eine kreuzartige Form bildet, in der sich große Mengen von Partikeln ansammeln und damit die Ausbreitung der Klebeschicht auf die gesamte Oberfläche behindern.

Ein spezielles Layout mit mikrometer-großen Kanälen in einer baumartig verzweigten Struktur löst das Problem. Es übernimmt die Funktion eines Verteilungssystems für die Klebepaste an den Stellen, wo die Partikel normalerweise stocken würden. Das ermöglicht eine gleichmäßigere Verteilung und verringert die Dicke der Klebepaste um den Faktor drei. Gleichzeitig ist ein deutlich geringerer Druck beim Anbringen der Chips nötig. Die niedrigeren Montagedrücke verhindern, dass die empfindlichen Komponenten und Verbindungen unterhalb des Chips beschädigt werden. Die Kanäle ermöglichen darüber hinaus Klebepasten mit einem höheren Partikel-Füllfaktor und höherer Wärme-Leitfähigkeit.

Die neue Technik erlaubt Luftkühlsystemen, mehr Hitze abzutransportieren und hilft, die Energieeffizienz von Computern zu verbessern. Momentive Performance Materials hat die IBM-Wissenschaftler dabei unterstützt, die Funktionsfähigkeit des Kühlsystems generell zu demonstrieren und es weiter zu verbessern. Gemeinsam mit anderen Industrie-Unternehmen entwickelt IBM nun Werkzeuge, um die Oberflächenkanäle im gleichen Kupferpräge-Prozess zu definieren, der gegenwärtig für die Herstellung von Serienchip Formen eingesetzt wird.

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