Mikro-Peltier-Kühler für Halbleiter-Bausteine
Der UPF OptoCooler von Nextreme kann einzelne Bauelemente kühlen, zukünftig sollen Thermoelemente in die Lötkontakte von Chips integriert werden.
![Bild 2 [400 x 352 Pixel @ 26,2 KB]](/imgs/18/1/7/4/4/1/4/8f003c7d3fa736b2.png)
Das amerikanische Start-Up Nextreme hat mit dem Ultra-High Packing Fraction (UPF) OptoCooler ein Mikro-Peltier-Element entwickelt, das bei 25 Grad Celsius auf einer Fläche von nur 0,55 Quadratmillimetern eine maximale Wärmemenge von 420 mW abführen kann. Bei einer Arbeitstemperatur von 85 Grad Celcius steigt der Wert auf 610 mW. Der UPF OptoCooler kann daher Wärmedichten von 78 beziehungsweise 112 Watt pro Quadratzentimeter wegführen. Aufgrund seiner geringen Größe eignet sich das Peltier-Element hauptsächlich für Laser-Dioden, LED und Sensoren.
Zukünftig plant Nextreme die Kupfersäulen-Lötpunkte (Copper Pillar Bumps) von Chips nicht nur für die mechanische und elektrische Verbindung mit dem Trägermaterial zu nutzen, sondern auch als thermoelektrisches Kühlelement. Dabei wird während des Herstellungsprozesses eine Schicht aus proprietärem Nanomaterial zwischen Chip und den Kupfersäulen eingebracht. Durch Kombination von Lötpunkten mit p- und n-dotierten Elementen soll es möglich sein, zwischen Peltier- und Seebeck-Effekt umzuschalten. Beim Peltier-Effekt erfolgt ein erzwungener Wärmetransport durch einen äußeren Stromfluss. Der Seebeck-Effekt stellt den Umkehrprozess dar – durch unterschiedliche Temperaturen entsteht eine Spannungsdifferenz, die als elektrische Energie genutzt werden kann. Wegen der geringen Größe sollen sich mit dieser Technik beispielsweise Hotspots bei Prozessoren punktgenau kühlen lassen.
Die Idee einer Peltier-Kühlung direkt auf dem Chip-Die ist nicht neu. In der Vergangenheit forschte bereits die University of California auf diesem Gebiet und 2004 bekam AMD ein Patent für Peltier-Elemente auf SOI-Halbleitern zugesprochen. (chh)
