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8 www markttechnik de Nr 42 2020 Aktuell Nachrichten Von dort fließt erwärmte Kühlflüssigkeit an die Rückseite des Siliziumsubstrats wo sie die Wärme abgibt und in kaltem Zustand wieder zurückfließt Die Kanäle im Substrat auf der Unterseite des Chips werden also den Gegebenheiten der Schaltung auf der Oberseite des Chips angepasst Diesem Ansatz kommt entgegen dass die Abmessungen eines typischen HEMT High Electron Mobility Transistor für Spannungen von über 1 kV ungefähr den Abmessungen entsprechen die für die Formierung der Kanäle für die Kühleinheit erforderlich sind Wie konnten nun die Mikrokanäle ins Silizium gebracht werden? Der Prozess startet damit dass in die GaN-Epilayer des Chips dünne gegeneinander versetzte Schlitze geätzt werden Daran schließt sich ein isotropischer Ätzschritt mit einem Gas an Bosch-Verfahren Dadurch können die Kanäle 125 µm tief ins Silizium geätzt werden die Breite beträgt 20 µm Dabei vergrößern sich die Schlitze im AlGaN GaN-Epilayer nicht Anschließend werden die Schlitze mithilfe eines Galvanikverfahrens mit Kupfer verschlossen Dass die Kühlung in der Praxis sehr effektiv funktioniert zeigte der GaN-AC DC-Wandler Bei einer Ausgangsleistung von 120 Wblieb die Erwärmung unter 50 Kwas bei einem Volumen von 4 8 cm3 rund 25 kW dm3 entspricht Die gegenüber dem konventionellen Aufbau deutlich reduzierte Wärmeentwicklung führt zudem zu einer höheren Effizienz des Wandlers Außerdem könnten mehrere ICs nebeneinander auf die Fortsetzung von Seite 3 Kühlaufwand für ICs Der wassergekühlte GaN-AC DC-Wandler erreicht eine Ausgangsleistung von 120 Wder Temperaturanstieg liegt bei unter 50 K Leiterplatte gesetzt werden um die Ausgangsleistung noch weiter zu erhöhen Mit dieser Methode wird die Kühlung ein integraler Bestandteil des gesamten elektronischen Designprozesses vom Aufbau des IC bis hin zum Entwurf der Leiterplatte Sie muss selbstverständlich auch an die Chips mit Flüssigkühlung angepasst werden Die Forscher haben dazu eine mehrlagige Leiterplatte entwickelt die dem Chip die Kühlflüssigkeit zuführt Auch das sei mithilfe konventioneller Prozesse ohne großen zusätzlichen Aufwand geschehen Es dürfte also spannend zu beobachten sein ob sich das Microfluidic Electronic Co-Design mit der Flüssigkeitskühlung durch Mikrokanäle tatsächlich problemlos und wirtschaftlich in die reale Chipfertigung bringen lässt ha n Jeder kann Feinstaub messen Der kleinste Partikelsensor der Welt Laut einer Studie der Europäischen Umweltbehörde EEA sterben allein in Europa jährlich über 400 000 Menschen vorzeitig an den Folgen der Feinstaubbelastung Mithilfe von Wearables die mit einem neuen Partikelsensor ausgestattet sind kann jede und jeder Einzelne die Umgebungsluft überwachen und bei gesundheitsgefährdenden Feinstaubwerten sofort reagieren Das war bisher nicht möglich Der Durchbruch gelang Paul Maierhofer im Rahmen seiner Dissertation am Institut für Elektrische Messtechnik und Sensorik der TU Graz gemeinsam mit Fachleuten des Halbleiterherstellers ams und mit Forschenden von Silicon Austria Labs SAL Sie entwickelten den kleinsten Partikelsensor der Welt mit Abmessungen von 12 mm × 9 mm × 3 mm Er ist also kleiner als zwei aufeinander gestapelte Ein-Cent-Münzen Aufgrund seiner Größe ist er besonders energieeffizient und benötigt keine Wartung Damit eignet er sich gut für den Einsatz in mobilen Geräten wie Smartphones Smartwatches und Fitnessarmbändern die nun erstmals die Qualität der Umgebungsluft in Echtzeit messen und bei erhöhten Feinstaubwerten Alarm schlagen können Der Halbleiterhersteller ams übernimmt die Fertigung in hohen Stückzahlen und will damit ein Preisniveau erreichen das deutlich unter dem von derzeit verfügbaren Sensoren liegt Grundlage für die Entwicklung waren bekannte Verfahren konventioneller Messgeräte sowie moderne Fertigungsund Integrationsmethoden die das Projektteam in einem Innovationsprozess zusammenführten Die Innovation ist die Miniaturisierung selbst wie Maierhofer erklärt »Der Sensor bewegt sich genau an der Grenze des physikalisch und technisch Machbaren Eine Menge Kniffe waren erforderlich damit der winzige Sensor funktioniert « In Wearables eingebaut warnen die Geräte nun sobald sie in der Umgebungsluft gesundheitsgefährdende Feinstaubwerten messen Der Sensor kann selbstverständlich auch in stationäre Geräte integriert werden Damit können die Sensoren eine noch nie dagewesene Vielzahl an Messwerten liefern Laut Bergmann stellt das eine Zäsur in der Luftgüteüberwachung dar »Eine engmaschige und flächendeckende Überwachung der Luftqualität scheiterte bisher an der Größe der Komplexität und an den Kosten aktuell verfügbarer Messsensoren Hier schließt unser Partikelsensor eine Lücke « Die gewonnenen Daten können als Grundlage für weitere Regulierungsmaßnahmen dienen sowie das Feinstaub-Problem noch stärker ins öffentliche Bewusstsein rü cken ha n Der an der TU Graz entwickelte Prototyp des Partikelsensors das schwarze Quadrat in der Mitte der Platine im Größenvergleich mit einer Ein-Cent-Münze Bild Lunghammer TU Graz