Efficiënte Rechtstreekse Multi-jet Vloeistof Impingement Koeloplossingen Vervaardigd uit Polymeren voor Hoogperformante Elektronische Toepassingen

Om aan de toenemende vraag naar koeling voor toekomstige hoogperformante elektronische systemen te kunnenvoldoen , zijn conventionele oplossingen met vloeibare koelmiddelen zoals (microkanaal) koude platen niet langer voldoende. Nadelen van deze conventionele koude platen zijn de aanwezigheid van het thermische interface materiaal (TIM), dat een belangrijk thermisch knelpunt vertegenwoordigt, en de laterale temperatuurgradiënt over het chipoppervlak. Er zijn verschillende alternatieve geavanceerde oplossingen voor vloeistofkoeling voorgesteld, zoals inter-laag en intra-laag koeling voor de verschillende lagen in 3D-systemen. Deze oplossingen zijn echter niet compatibel met de vereisten voor tussenafstanden voor de interconnecties bij 3D systemen om de hoge bandbreedte te kunnen realiseren. Impingementkoeling is een efficiënte koeltechniek waarbij het vloeibare koelmiddel rechtstreeks vanuit de spuitmonden op de achterkant van de chip wordt gespoten, wat resulteert in een hoge warmteoverdracht vanwege de afwezigheid van de TIM en in een lage laterale temperatuurgradiënt. In de literatuur zijn verschillende zulke koelers, vervaardigd in silicium met typische afmetingen voor de spuitmonddiameter van enkele tientallen μm, gepresenteerd voor een enkele gemeenschappelijke afvoer van de koelvloeistof, voor gedistribueerde afvoerkanaaltjes of een voor combinatie van microkanalen en impingementspuitmonden. Het nadeel van deze op silicium gebaseeerde koelers zijn de hoge fabricagekosten. Er zijn andere fabricagemethoden voor een paar honderd μm voorgestled voor keramiek en metaal. Goedkope fabricagemethoden, waaronder spuitgieten en 3D-printen, zijn geïntroduceerd voor veel grotere mondstukdiameters van enkele millimeter, met grotere koelere afmetingen. Deze afmetingen en processen zijn echter niet compatibel met fabricageprocess voor het verpakken van chips. Dit doctoraatsonderzicht richt zich op het modelleren, ontwerpen, fabriceren en experimenteel karakteriseren van een koelvloeistofkoeler op microschaal met behulp van geavanceerde maar kostenefficiënte fabricagetechnieken. De belangrijkste doelstellingen zijn: (a) ontwikkeling van een modelleermethodologie om de koelergeometrie te optimaliseren; (b) het evalueren van goedkope fabricagemethoden voor de impingement-koeler waarvan de afmetingen overeenkomen met de chipverpakking; c) experimentele thermische en hydraulische karakterisering en analyse van de vervaardigde koelers; (d) het toepassen van de rechtstreekse impingement koelmethode op verschillende toepassingen.