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Nr 42 2020 www markttechnik de 3 Aktuell Nachrichten Diese Chips ließen sich deshalb wirtschaftlich in hohen Stückzahlen fertigen Das wesentliche Kennzeichen der neuen Methode Die Forscher der EPFL haben das Design des Kühlsystems und das Design der Transistoren und des gesamten Chips zusammengeführt Microfluidic Electronic Co-Design Die Motivation dahinter Je mehr Transistoren pro Fläche auf die ICs gequetscht werden umso dringlicher wird die Frage nach der effektiven Kühlung Die Wärme durch mechanische Kühlmethoden vom Chip zu bringen erweist sich als zunehmend unzureichend »Wir müssen innovative Kühltechniken entwickeln um die große Wärmemenge kosteneffektiv abführen zu können« sagt Prof Elison Matioli Leiter des Forschungsteams der EPFL Nun ist die Idee große Kühlkörper zu ersetzen indem durch winzige Kanäle Flüssigkeiten geleitet werden nicht ganz neu Ein Ansatz bestand darin parallele Kanäle in ein Substrat zu ätzen Straight Parallel Micro Channels SPMC Im nächsten Schritt kam ein Verteilsystem aus einem Netz von Mikrokanälen hinzu Manifold Microchannel MMC MMCs haben den Vorteil dass nur eine geringe Pumpleistung erforderlich ist außerdem zeichnen sich die MMCs durch einen erheblich geringeren Wärmewiderstand aus Allerdings laufen dabei die Entwicklung und Fertigung der Elektronik-Chips und der Kühl-Chips getrennt ab Weil der Kühlchip nachträglich an den zu kühlenden Chip mit den elektronischen Schaltungen gebondet werden muss geht zudem ein Großteil des Kühlpotenzials der MMCs wieder verloren Zudem haben der komplexe Fertigungsprozess sowie die daraus resultierenden Probleme mit der Zuverlässigkeit dazu geführt dass die MMCs in der Praxis keinen Einsatz gefunden haben Was haben Prof Elison Matioli und sein Doktorand Remco Van Erp von der School of Engineerings Power and WideBand-Gap Electronics Research Laboratory Powerlab jetzt anders gemacht? Der neue Ansatz besteht darin dass die Mikrokanäle und damit die gesamte Kühlung in den Chip auf dem sich die elektronischen Schaltungen befinden monolithisch integriert wird monolithic integrated MMC kurz mMMC Die aufwändigen Bonding-Schritte eine der Ursachen für die mangelnde Zuverlässigkeit fallen damit ganz weg Weil das Design des eigentlichen IC und das Design der Kühlung Hand in Hand gehen kann die Kühlung genau dorthin gebracht werden wo sie benötigt wird Zu den Hot Spots eines Chips beispielsweise direkt unter die Leistungstransistoren Auf der Rückseite des Chips führt die Flüssigkeit die Wärme effektiv ab Das führt gegenüber bisherigen Methoden zu einer um Größenordnungen besseren Kühlung munikationsansätze integrieren wird « Was bedeutet das für den persönlichen Kontakt? Dieser sei auch trotz Digitalisierung nicht obsolet unterstreicht Steiner allein schon wegen der technischen Möglichkeiten die man weder im Homeoffice noch im virtuellen Raum genauso zur Verfügung hat wie live vor Ort Auch die Möglichkeit ein Produkt haptisch in Augenschein zu nehmen sei nicht zu unterschätzen »Das Internet ist ganz klar zu einem zusätzlichen Kommunikationsweg geworden der im B2B noch viel weiter etabliert werden muss Länder in Skandinavien und natürlich China sind uns in Deutschland da schon einige Schritte voraus unterstreicht Steiner Allerdings stellt Steiner klar dass seiner Ansicht nach auch künftig das Internet keine alleinige Informationsund Beratungsquelle sein kann »Vor allem das Gespür für die individuellen Bedarfe der Kunden können nicht durch Forenbeiträge oder Webinare ersetzt werden Ist das Job-Profil des FAE also auch in Zukunft gefragt? Die fachliche Expertise eines FAE wird sich auch künftig nicht einfach durch Online Tutorials Whitepaper und Application Notes die vielerorts im Internet frei zur Verfügung stehen ersetzen lassen Fakt ist dass sich die persönliche Betreuung pandemiebedingt mittels digitaler Hilfsmittel sehr häufig in den virtuellen Raum verschoben hat Das bedeutet aber nicht dass der FAE sei er auch nur virtuell beim Kunden vor Ort künftig überflüssig sein wird »Ich denke wir können für den FAE-Einsatz einige Chancen entwickeln Der plötzliche Druck zur Umstellung hat uns allen in der Branche gut getan um Bewegung in die Etablierung neuer Kommunikationswege und alternativer Arbeitsmodelle zu bringen« fasst Steiner zusammen Das komplette Interview sowie weitere Aspekte zum Thema Distribution & Supply Chain lesen Sie im Quarterly in diesem Heft zü n Fortsetzung von Seite 1 Kühlaufwand für ICs Fortsetzung von Seite 1 »Das klassische Field « Ideen Lösungen Produkte elektrosil com Elektrosil_MT19 pdf S 1 Format 45 00 x 60 00 mm 23 Apr 2020 10 02 35 Anzeige Weil sich der Effekt an Leistungshalbleitern die viel Wärme produzieren besonders deutlich zeigt hat sich das Team um Prof Matioli und Remco Van Erp einen AC DC-Konverter auf Basis von GaNon-Silicon ausgesucht um die Leistungsfähigkeit ihrer mMMCs und des Microfluidic Electronic Co-Design an einer realen Schaltung zu demonstrieren Die Forscher starteten mit einem Siliziumsubstrat auf das eine Schicht aus GaN abgeschieden wurde Darauf konnten sie vier 1200-kV-Schottky-Dioden auf einem Chip integrieren Die Leistungsdichte beträgt 25 kW dm3 Das erwies sich als problemlos weil die Forscher das Siliziumsubstrat unterhalb der Elektronik in einen aktiven Kühlkörper verwandeln Allerdings nicht unabhängig von den Transistoren die auf der GaN-Schicht realisiert wurden Denn Microfluidic Electronic CoDesign heißt dass die Kühlkanäle in Abhängigkeit von der Schaltung auf der Oberseite der Chips im SiSubstrat unmittelbar unter den Schaltungsteilen verlaufen die am wärmsten werden Seite 8 Die Kanalstruktur für die Kühlung des Chips