Imec该公司今天宣布，它首次展示了一种低成本的基于冲击的解决方案，用于在封装级别冷却芯片。这一成就是解决高性能3D芯片和系统不断增长的冷却需求的重要创新。
高性能电子系统正在应对日益增长的冷却需求。传统的解决方案通过结合热交换器来实现冷却，热交换器连接到散热器，然后连接到芯片背面。这些都与热界面材料(TIM)相互连接，产生固定的热阻，无法通过引入更高效的冷却解决方案来克服。在芯片背面直接冷却会更有效，但目前的直接冷却微通道解决方案会在芯片表面产生温度梯度。
理想的芯片冷却器是具有分布式冷却剂出口的基于冲击的冷却器。它将冷却液体与芯片直接接触，并垂直于芯片表面喷射液体。这确保了芯片表面的所有液体具有相同的温度，并减少了冷却剂与芯片之间的接触时间。然而，目前的冲击式冷却器的缺点是它们是硅基的，因此昂贵，或者它们的喷嘴直径和使用工艺与芯片封装工艺流程不兼容。
Imec开发了一种新的冲击芯片冷却器，使用聚合物而不是硅，以实现具有成本效益的制造。此外，imec的解决方案的喷嘴只有300微米，由高分辨率立体光刻3D打印制成。3D打印的使用允许定制喷嘴图案设计，以匹配热图和复杂内部结构的制造。此外，3D打印可以在一个部分高效地打印整个结构，降低生产成本和时间。
imec高级工程师Herman Oprins解释说:“我们的新型冲击式芯片冷却器实际上是一个3D打印的‘淋浴喷头’，它可以将冷却液体直接喷射到裸露的芯片上。”“3D原型在分辨率上有所提高，使其可用于实现微流控系统，如我们的芯片冷却器。3D打印可以实现特定应用的设计，而不是使用标准设计。”
Imec的冲击冷却器实现了很高的冷却效率，每100W/cm的芯片温度增加不到15°C2对于冷却液流量为1升/分钟。此外，由于智能内部冷却器设计，它的压降低至0.3 bar。它优于基准的传统冷却解决方案，其中仅热界面材料就已经导致20-50°C的温度升高。除了高效率和高性价比的制造，imec的冷却解决方案与现有解决方案相比要小得多，与芯片封装的占地面积相匹配，从而实现了芯片封装的减少和更高效的冷却。
三维形状聚合物冷却器的概念(横截面和俯视图)