Imec demonstreert 3d-geprinte 'douchekop' om chips te koelen

Imec heeft een goedkoop component ontwikkeld om chips op packageniveau te koelen. Het onderzoekscentrum maakt de koeler van polymeren met een 3d-printer en het bevat kleine sproeikoppen voor het transport van koelvloeistof.

Volgens imec zijn de grenzen van de chipkoelprestaties van traditionele methoden, met heatspreader en thermal interface materials, bereikt, maar is er bij met name systemen met hoge prestaties in toenemende mate behoefte aan betere koeling. Het instituut uit Leuven claimt dat directe koeling op de chip beter werkt, maar dat bestaande methodes met microkanaaltjes het chipoppervlak niet gelijkmatig genoeg koelen.

De ideale chipkoeler zou een model zijn met gedistribueerde uitgangen van microkanaaltjes die vloeistof loodrecht op het chipoppervlak sproeien, zodat wel het gehele oppervlak dezelfde temperatuur krijgt, en de tijd van contact tussen koelvloeistof en chip minimaal blijft. Opnieuw zijn die koelers er wel, maar zijn die op silicium gebaseerd en dus duur. Vaak zijn ze ook niet compatibel met chippackages.

Imec maakt zijn koeler van polymeren om de kosten laag te houden en het instituut maakt het onderdeel door deze stereolithografisch te 3d-printen. Bij deze printmethode maakt een systeem vaste objecten op basis van vloeibaar plastic. Niet alleen bespaart imec zo kosten en tijd, maar ook kan zo het raster met microkanaaltjes naar wens aangepast worden aan het hittepatroon van het chipoppervlak.

De resolutie is hoog genoeg om sproeikoppen met diameter van 300µm te maken. De koelefficiëntie is volgens imec hoog: de temperatuur neemt met minder dan 15° Celsius per 100W/cm² toe bij een doorstroming van de vloeistof van een liter per minuut. Daarmee zou het beter koelen dan traditionele methoden, terwijl het onderdeel compacter van omvang is.

Imec meldt niets over een eventuele marktintroductie. Meestal doet imec het onderzoek en ontwikkeling, waarna het partnerbedrijven zoekt die geïnteresseerd zijn om de technologie in marktproducten te verwerken.

Reacties (9)

[sugarlee89]

Alleen vraag ik me dan wel af hoeveel efficienter zouden ze zijn als ze nog het oude R12 (in de volksmond Freon) mochten gebruiken zoals in de Cray computer.

Zo heb ik in mijn keuken een R12 diepvries/koelkast staan en in de garage een moderne variant. Soms moeten ze even helemaal ontdooien om ze weer eens vrij van ijs te maken. Als ik dan de R12 uit de keuken op stroom doe heb ik binnen no time een koud pilsje. De moderne combo duurt er veel langer over.

edit:

Ben zelf even gaan uitzoeken R12/R22 Freon wil je eigenlijk niet als je dit leest.

Overexposure at concentrations of 11% or more may cause dizziness, loss of concentration, central nervous system depression, and/or cardiac arrhythmia.

Denk dat sommige het nog wel kunnen herinneren uit server ruimtes en hoeft er niet eens een cray te staan. Werd door zovele gebruikt.

Tegenwoordig heb je speciaal voor serverruimte ontwikkeld middel Fluorinert wat lijkt op Galden110 en best veilig te noemen is voor dier (mens) en milieu.

[Reactie gewijzigd door sugarlee89 op 23 juli 2024 22:30]

[MSalters]

Je haalt twee soorten koeling door elkaar.

R12 wordt gebruikt in twee-fasen koelsystemen. Het grote voordeel daarvan is dat ze negatieve temperatuurverschillen kunnen realiseren door fasen-overgangen. Dat is essentieel om je bier met dit weer koud te krijgen.

Een CPU hoef je niet te koelen tot onder kamertemperatuur. 45 graden is koud genoeg. Dan heb je dus voldoende aan een 1-fase koelsysteem (alleen vloeistof). Het belangrijkste criterium is nu de warmtecapaciteit, niet de verdampingswarmte. En laat water nu net een goede warmtecapaciteit hebben.

Crays waren enorm grote computers, met grote vermogens. Dat was waarom ze Freon gebruikte: je moest veel warmte over lange afstanden verplaatsen. Als je een radiator in de buurt kwijt kunt, dan is dat niet nodig.

[Accretion]

Maar in theorie koelt het sneller als het verschil in temperatuur groter is?

[the_stickie]

Ja dat klopt. Maar 2 fase systemen werken met grotere radiatoren en een compressor terwijl 1 fase systelen genoeg hebben aan een simpele pomp.
Bovendien brengen zeer koude componenten een eigen set aan problemen met zich mee. Er vormt zich gemakkelijk condens (als de temperatuur onder ambient gaat) of zelfs ijs (als de temperatuur onder 0°C gaat), en heel wat materialen (waaronder plastics en soldeer) worden merkbaar brozer. Grotere temperatuurverschillen brengen ook meer thermische stress omdat materialen krimpen en uitzetten.
Kortom: dat soort koeling is alleen interessant voor specifieke systemen (koelkasten, vriezers, airco,...) of voor systemen waar kost niet het issue is.
Het blijft een kwestie van kosten en baten...

[Zoop]

Klopt, ik heb een geexperimenteerd met Peltier elementen, om een cpu sub-zero te koelen. Werkte prima, kon ook flink overclocke (element gebruikte meer dan de pc bij elkaar, maar goed). Maar een dag later was het wel uit met de pret, overal sporen van oxidatie te vinden, en mobo deed niets meer.

Profesionele vacuum compressors voor pc's die je toen veel zag (bestaan ze nog?) hadden dan ook een gigantisch blok piepschuim die het hele mobo moest isoleren om juist dit soort schade tegen te gaan.

Beste is wss om boven kamer temperatuur uit te blijven.

[Xanaroth]

Vergeet ook niet dat efficiënte, lees stroomverbruik, tegenwoordig ook van groot belang is. Denk ook aan zaken als isolatie waardoor een hoog vermogen niet eens nodig is.

Oude systemen ging vaak om gebruiksgemak, bijvoorbeeld hoe snel iets kon, zonder te kijken naar efficiëntie.


Zo kunnen moderne systemen veel langer zonder stroom door de betere isolatie, hebben überhaupt geen ijsvorming meer (zelfs als je het bewust probeert ) en is over een willekeurige tijdsperiode je electriciteitsrekening vele malen lager.
Dat je dan die 1x in de 3-5 jaar dat je ze eens ontdooid langer bezig bent is dan niet meer relevant.

[Balance]

Schematische afbeelding in iets meer pixels.

[FlaffTweakr]

Over welke oppervlakte wordt die 1 liter per minuut dan verspreid? Per vierkante centimeter lijkt me nogal straf, maar in de bron vond ik niet meer info..

[... with a chip temperature increase of less than 15°C per 100W/cm2 for a coolant flow rate of 1 l/min. ...]

[Naud1234]

Ze zouden er een luis voor schaal naast moeten leggen zodat je ziet hoe klein het is. Een luis is ongeveer even lang als de diameter van de "douchekop"