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Mikrosysteme in Platinen: Diamanten kühlen Chips

15.12.1998 - (idw) FernUniversität in Hagen

Ein Elektronik-Professor der FernUniversität Hagen leitete ein 23-Mio-DM-Projekt zur Entwicklung von "Mikrokühlsystemen", bei dem - vereinfacht dargestellt - das Prinzip des Autokühlers in Elektronik-Platinen übertragen und Diamanten zur Wärmeabfuhr benutzt werden.

Temperaturen von weit über 100 Grad Celsius würden elektronische Bauteile wie Industrie-Laserdioden oder Computer-Chips ohne Kühlung an einigen Punkten entwickeln. Stromverbrauch und Wärmeentwicklung entsprechen flächenmäßig denen von etwa 300 Bügeleisen. Bei Ausfall der Kühlung können z. B. Mikroprozessoren mit Informationen von unschätzbarem Wert verschmoren und sogar Brände entstehen. Abhilfe versprechen hier "Mikrokühlsysteme", die direkt in die Elektronik-Platinen integriert werden. Prof. Dr. Wolfgang R. Fahrner, Lehrgebiet Bauelemente der Elektrotechnik an der FernUniversität Hagen, leitete ein Projekt zur Entwicklung solcher "Mikrokühlsysteme". Auftraggeber war das Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie (BMBF), das mit 23 Millionen DM eine seiner höchsten Fördersummen für das Projekt bereitstellte. Beteiligt waren Experten in ganz Deutschland, u. a. Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Firmen AD-tranz, Jenoptik und Siemens, der Fraunhofergesellschaft, der TU Berlin und der TU Chemnitz.

Ansatzpunkt des Gesamtprojekts war die Überlegung, zuerst die punktförmig auftretende Hitze auf Platinen über "Spreizer" auf eine größere Fläche zu verteilen. Für diese bereits bekannten Spreizer wurden nun auf Anregung von Prof. Fahrner - führender Experte bei elektronischen Bauelementen auf Diamantbasis - billige künstliche Diamanten verwendet, die die größte Wärmeleitfähigkeit haben. Sie übertragen im zweiten Schritt die Hitze in die Platine, die von Kanälen durchzogen ist. Winzige Pumpen pressen schließlich eine Kühlflüssigkeit durch den offenen oder geschlossenen Kreislauf. Die Wärmeabfuhr erfolgt über Kühlkörper.

Aus dem Projekt gingen mehrere Patente hervor. Eines erhielten die Wissenschaftler der FernUniversität Hagen, die neue Meßverfahren und -geräte entwickelten, um die Wärmeleitfähigkeit und die Wärmeübergänge in Festkörpern messen zu können. Außerdem entwickelte das Lehrgebiet von Prof. Fahrner gemeinsam mit Jenoptik und Siemens den Prototypen einer Laserdioden-Kühlung. Stellenweise konnte die Temperatur gegenüber konventionellen Geräten von ca. 60 auf weniger als 35 Grad gesenkt werden. Dabei verdoppelt sich die Lebensdauer der bis zu 15.000 DM teuren Laserdioden jeweils pro 7 Grad Abkühlung.

Weitere Informationen beim Lehrgebiet Bauelemente der Elektrotechnik der FernUniversität Hagen, Prof. Dr. Wolfgang R. Fahrner, Telefon: 02331 - 987 378, Fax: 02331 - 987 321, e-Mail: wolfgang.fahrner@fernuni-hagen.de.
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