Kohlenstoff-Nanoröhren zur Kühlung von Elektronik
Desktop-Computer setzen Lüfter ein, um die elektronischen Komponenten zu kühlen. Die Miniaturisierung elektronischer Schaltkreise bei gleichzeitiger Erhöhung der Funktionalität erfordert den Einsatz integrierter Technologien für das Wärmemanagement, die direkt auf die einzelnen Silizium-Chips, Keramiken und organischen Laminate wirken. Wärmemanagement ist daher eine kritische Grundlagentechnologie, und die EU-finanzierten Wissenschaftler, die im Projekt "Thermal management with carbon nanotube architectures" (THEMA-CNT) mitarbeiteten, wollten sicherstellen, dass die EU gegenüber den Wettbewerbern aus Amerika und Asien einen Vorteil haben wird. Im Projekt THEMA-CNT wurde eine Kühltechnik aus Kohlenstoff-Nanoröhren-Architekturen entwickelt, die anschließend auf Silizium-Chips/Wafer und Keramikgehäuse montiert wurde. In einigen Fällen wurden die Kohlenstoff-Nanoröhren direkt auf den Substraten hergestellt. Die Technologie passt daher direkt mit der konventionellen Silizium-Herstellung und den üblichen Mikromodul-Konfektionierungstechniken zusammen, wodurch ihre Kommerzialisierung einfach und kostengünstig wird. Wärmemanagement wird sogar noch komplizierter und wichtiger beim dreidimensionalen (3D) Stapeln von Silizium-Wafern und integrierten Schaltkreisen. 3D-Integration ist die Methode der Zukunft, mit der eine höhere Dichte und mehr Funktionalität in kleineren Gehäusen mit kürzeren Anschlusslängen erzielt werden können. Die innovative Kühltechnik, die im Projekt THEMA-CNT entwickelt wurde, konnte in jenen gestapelten 3D-Systemen (Through Silicon Vias oder TSV) vorgeführt werden, bei denen der vertikale Verbindungszugang (Via) vollständig durch einen Silizium-Wafer führt. Kupfergefüllte Vias sind nicht möglich, da Kupfer sich bei gleicher Wärmemenge stärker als das umgebende Silizium ausdehnt. Das führt zu mechanischen Problemen und sogar zu Bruchstellen, die man jedoch vermeiden kann, wenn man Kohlenstoff-Nanoröhren anstelle von Kupfer verwendet. Die Wissenschaftler untersuchten zudem die Sicherheit und Gesundheitsrisiken der Kohlenstoff-Nanoröhren, die in thermisch leitfähigen Klebstoffen für Verbraucherprodukte enthalten sind. Man fand im Vergleich zu den Kontrollen keine erhöhte Gefährdung durch Kohlenstoff-Nanoröhren, was die Sicherheit der Proben, die vom Konsortium vorbereitet wurden, bestätigte. Wärmemanagement ist eines der bedenklichsten Probleme im Hinblick auf die hochleistungsfähigen elektronischen Geräte von heute und der Zukunft. Die kostengünstigen Kühlgeräte auf Basis von Nanoröhren, die im Projekt THEMA-CNT entwickelt wurden, verfügen über ein enormes Marktpotenzial. Dies könnte bewirken, dass die EU in einem wichtigen Forschungs- und Technologieentwicklungsbereich führend sein wird.
Schlüsselbegriffe
Elektronisch, Wärmemanagement, Kohlenstoff-Nanoröhren, Silizium, Vias, Kupfer
