Mit zunehmender Leistungsdichte in fortschrittlichen Packaging-Lösungen wird die Wärmeabfuhr zu einem zentralen Engpass. Ein Forschungsteam der University of Michigan-Dearborn hat nun einen Ansatz vorgestellt, der die Topologie von Flüssigkeitskühlkanälen mittels generativem Design automatisch optimiert. Untersucht wurde ein Multi-Chip-Package mit 2,7 kW Gesamtleistung, das zwei leistungsstarke GPUs und eine CPU in 2.5D- beziehungsweise 3D-Integration kombiniert.

Der vorgestellte Ansatz verknüpft physikalische Simulationsmodelle mit algorithmischer Formfindung, um Kanalgeometrien zu erzeugen, die sich klassischen, regelbasierten Entwurfsmethoden entziehen. Ziel ist es, den Wärmewiderstand innerhalb enger Bauraumgrenzen zu minimieren und dabei die ungleichmäßige Verlustleistungsverteilung der einzelnen Chiplets zu berücksichtigen, wie sie für heterogene 2.5D- und 3D-Aufbauten typisch ist.

Bedeutung für das thermische Management

Mit fortschreitender Miniaturisierung und dem Trend zu gestapelten oder nebeneinander integrierten Chiplets steigt die lokale Wärmestromdichte erheblich. Klassische Kühlkonzepte stoßen hier an ihre Grenzen, weshalb die Entwicklung maßgeschneiderter, simulationsgestützter Kühlstrukturen zunehmend an Bedeutung gewinnt. Die vorgestellte Methodik zeigt exemplarisch, wie generative Algorithmen in Kombination mit thermischen Simulationen zu praxistauglichen Lösungen für die Kühlung leistungsstarker Advanced-Packaging-Systeme führen können.