Egyszerű, mégis hatásosnak ígérkező chiphűtési megoldást mutattak be az IBM kutatói az IEEE egyik szakmai rendezvényén. A mikrochipek működése során keletkező hő ma már számtalan esetben elengedhetetlenné teszi valamilyen hűtés alkalmazását. A lapka rendszerint egy fémbordának adja át melegét, mely közvetlenül a chipre feszülhet (például grafikus vezérlők, chipsetek vagy notebookokba való processzorok esetében folyamodnak ehhez az eljáráshoz), ám a processzorok többségén ma már egy gyárilag felragasztott, mechanikus védelmet is biztosító fémlap (heat-spreader) található a chipen. Akármelyik kialakításról is van szó, a lapka és a hőfelvevő felület közötti hőátadást úgy próbálják javítani, hogy a kettő közé hővezető anyagot, többnyire valamilyen pasztát tesznek.
Az IBM zürichi laborjában ennek a rétegnek a jellemzőit vizsgálták, azt próbálva kideríteni, mi az oka, hogy még a jó minőségű (mikrométeres méretű fém vagy kerámia részecskéket tartalmazó) hővezető paszták, ragasztók is képesek akár 40 százalékkal rontani a hűtő teljesítményét. A hővezető pasztát elemezve a kutatók arra figyeltek föl, hogy a lapka és a hűtő összenyomásakor a chipfelület átlóinak megfelelően, kereszt alakban nagyobb mennyiségű paszta marad, ami megakadályozza a réteg egyenletes eloszlását a teljes felületen. Mindez abból adódik, hogy összepréseléskor az anyag részecskéi a kisebb ellenállás irányába mozdulnak el, az átlókon azonban éppen kiegyenlítik egymást az ellentétes erők, így onnan nem mozdulnak el a részecskék, nem tud megfelelően elterülni a paszta.
A baj forrása: az átlókban anyagfelesleg marad
A problémát egy látszólag pofonegyszerű megoldással hárították el: a fémlap chipre illeszkedő felületén a négyszög, illetve a belerajzolt kisebb négyszögek átlóinak megfelelően miniatűr csatornarendszert alakítottak ki. A legnagyobb átló mintegy 220 μm széles, a másodlagos barázdák 150 μm-esek, a harmadlagosak még vékonyabbak. A megoldás eredményeképp a pasztafelesleg ezekben a csatornákban halmozódik fel, cserében a hasznos felületeken jóval vékonyabb lesz a réteg, azaz javul a hőátadás.
Miniatűr csatornarendszer
A hővezető réteg vastagságát nagyjából harmadára sikerült csökkenteni, illetve más nézőpontból: összenyomáskor körülbelül harmadára csökkenthető az azonos rétegvastagsághoz szükséges erő, ami a tokozás közbeni sérülések elkerülésében fontos tényező. A módszer azt is lehetővé teszi, hogy sűrűbb, több adalékot tartalmazó, így jobb hővezető-képességű pasztát használjanak a korábbinak megfelelő, sőt akár annál kisebb rétegvastagsággal. Az IBM a Momentive Performance Materialsszal (korábban GE Advanced Materials) működött együtt a kísérletek folyamán, de szerszámgépgyártókkal is összefogott, hogy a ma használatos eljárások minimális változtatásával legyenek elkészíthetők a kedvezőbb hőtani tulajdonságokkal bíró tokozások.
A barázdáknak igazodniuk kell a chip méretéhez, alakjához,
ezért tokozásoknál vehetik hasznukat
