IMEC aide vos circuits intégrés à garder leur sang-froid

Imec, centre de recherche belge de renom, vient de mettre au point un procédé inédit et économique pour refroidir les boîtiers des puces électroniques. Cette technique est une solution satisfaisante pour les circuits électroniques d'aujourd'hui, extrêmement performants, mais voraces en énergie.

Les systèmes électroniques puissants se caractérisent par de fortes obligations de refroidissement de leurs circuits intégrés à semi-conducteurs. Les solutions les plus classiques font appel à des dissipateurs thermiques passifs (quoique parfois actifs), où le transfert thermique est freiné par des goulots d'étranglement à l'interface entre le substrat et le dissipateur. Le refroidissement direct à l'arrière de la puce électronique est plus efficace, mais les solutions actuelles, à base de canaux microscopiques avec refroidissement direct, créent des contraintes et un gradient de température à la surface de la puce.

La solution idéale consiste à utiliser un dispositif de refroidissement à captage par impact, les sorties de l’agent de refroidissement étant disséminées sur toute la surface de la puce. Ce dispositif permet de diriger le liquide perpendiculairement à la surface de la puce électronique en veillant à ce que cet agent soit partout à la même température, ce qui réduit son temps de contact avec le composant électronique. L'inconvénient de ce type de solution de refroidissement est l'utilisation du silicium, matériau très coûteux. De plus, dans certains cas, le diamètre des buses et les techniques de fabrication associées ne sont pas compatibles avec les processus de conditionnement en boîtier de la puce électronique.
 
 

 
Imec a développé un refroidisseur à captage par impact pour puce électronique, inédit et peu coûteux, en utilisant un polymère à la place du silicium. Le refroidisseur d’Imec diffuse le liquide de refroidissement au moyen de buses de 0,3 mm de diamètre, réalisées en impression 3D par stéréolithographie haute résolution. L'impression 3D permet d'adapter la forme des buses à celle de la source de chaleur et de créer des structures internes complexes. En outre, l'efficacité est au rendez-vous puisqu'il est possible d'imprimer l'ensemble de la structure à l'aide d'un seul processus, et donc de diminuer les coûts de production et les délais nécessaires.

Le nouveau refroidisseur pour composant électronique d’Imec ressemble d'assez près à un petit pommeau de douche imprimé en 3D, chargé d'injecter le liquide de refroidissement au travers d'un ensemble de minuscules buses, directement à la surface de la puce électronique. Les progrès des résolutions possibles en impression 3D a permis d'adapter le processus à la production de systèmes de microfluidique, en particulier à l'échelle microscopique des refroidisseurs de puces électroniques. Le dispositif assure un refroidissement extrêmement efficace en maintenant l'augmentation de température d'une puce électronique à moins de 15 °C pour une dissipation de puissance de 100 W / cm² et un débit d'agent de refroidissement de 1 l/min. Ce résultat est obtenu avec une chute de pression de liquide d'à peine 0,3 bar. La performance est à comparer aux solutions de refroidissement classiques où l'on observe des augmentations de températures comprises entre 20 et 50 °C sur l'interface thermique. Outre l'efficacité du refroidissement et le faible coût du procédé, la solution d’Imec est aussi moins encombrante puisque l'échangeur de chaleur se limite, pour l'essentiel, au contour du boîtier.