Kühlkörper sind ein fester Bestandteil der PC-Kühltechnik, wie wir sie kennen. Sowohl bei passiven als auch bei aktiven Kühlern werden Wärmespreizer und Kühlkörper verwendet. Ein Forscherteam der University of Illinois at Urbana-Champaign und der University of California, Berkeley (UC Berkeley) hat jedoch vor kurzem eine weitaus bessere, allumfassende und elegantere Lösung gefunden.
Die Forscher beschreiben ihre Experimente und Ergebnisse in einem Artikel mit dem Titel „High-efficiency cooling via the monolithic integration of copper on electronic devices“ (Hocheffiziente Kühlung durch monolithische Integration von Kupfer auf elektronischen Geräten), der von Science Daily entdeckt wurde. Die neue Technologie der konformen Kupferbeschichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie nur wenig Platz in einem Gerät beansprucht und viel effizienter ist als derzeitige Kupferkühlkörper. Die Forscher wiesen eine Steigerung der Leistung pro Volumeneinheit um 740 % nach.
Es gibt drei Hauptprobleme mit herkömmlichen Kühlkörpern, erklärt Tarek Gebrael, der Hauptautor der Arbeit und Doktorand im Bereich Maschinenbau an der UIUC. Erstens können die fortschrittlichsten Kühlkörper, die exotische und hocheffiziente leitende Materialien verwenden, teuer und schwer zu vergrößern sein. Gebrael nannte diamanthaltige Wärmespreizer als eine der konkurrierenden Technologien, was seinen Standpunkt deutlich verdeutlicht.
Zweitens werden bei herkömmlichen Konstruktionen ein Heatspreader und ein Kühlkörper miteinander kombiniert, und „in vielen Fällen wird die meiste Wärme unterhalb des elektronischen Geräts erzeugt“, beklagte Gebrael. Drittens können die besten Wärmespreizer nicht direkt auf der Elektronik installiert werden, sondern benötigen ein thermisches Schnittstellenmaterial, was eine optimale Leistung verhindert.
Wie geht die neue Technologie nun mit all den oben genannten Nachteilen der derzeitigen Kühlkörper-Methoden um? Die neue Kühlkörperbeschichtung bedeckt das gesamte Gerät, wodurch eine große Kühloberfläche entsteht.
„Bei diesem Ansatz werden die Geräte zunächst mit einer elektrisch isolierenden Schicht aus Poly(2-chlor-p-xylylen) (Parylen C) und dann mit einer konformen Kupferschicht überzogen“, heißt es in dem Forschungspapier. „Auf diese Weise befindet sich das Kupfer in unmittelbarer Nähe der wärmeerzeugenden Elemente, so dass keine thermischen Schnittstellenmaterialien erforderlich sind und die Kühlleistung im Vergleich zu bestehenden Technologien verbessert werden kann.
Diese Beschichtungstechnik macht große Kupfer- oder Aluminiumflächen überflüssig und ist daher eine viel kompaktere Lösung, um die Wärme von schnell laufenden Prozessoren und Speichern abzuleiten. Den Forschern zufolge liefern die dünne konforme Beschichtung und das Fehlen eines sperrigen traditionellen Kühlkörpers eine viel höhere Leistung pro Volumeneinheit, bis zu 740 % besser. „Mit unserer Beschichtung kann man viel mehr Leiterplatten im gleichen Volumen stapeln, als mit herkömmlichen flüssigkeits- oder luftgekühlten Kühlkörpern“, so Gebrael.
Als Nächstes planen die Forscher, die Haltbarkeit der Beschichtung zu prüfen, was ein wichtiger Schritt zur Akzeptanz in der Industrie ist. Außerdem planen die Forscher Tests mit Tauchkühlung und in Hochspannungsumgebungen. Für ihre ersten Tests haben die Forscher „einfache“ Leiterplatten verwendet, aber sie hoffen, die Tests der Kühltechnologie auf heißer laufende Elektronik wie „Leistungsmodule und GPU-Karten in Originalgröße“ auszuweiten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Technologie vielversprechend klingt, ohne zu teuer oder zu kompliziert zu sein, als dass sie von den Herstellern von Bauteilen für den praktischen Einsatz in Betracht gezogen werden könnte. Bis diese neue Wärmeableitungstechnologie verfügbar ist, müssen Sie sich mit der herkömmlichen CPU- und GPU-Kühlung begnügen.
