Ultrakurzpulslaser von Trumpf für feine Strukturen im Chip-Stack Integrierte Chipkühlung für die nächste KI-Chip-Generation

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Trumpf hat erstmals eine Ultrakurzpulslaser-Anwendung zur industriellen Fertigung integrierter Kühlsysteme im Chip-Stack vorgestellt. Das Resultat sind präzise Mikrostrukturen im Siliziumkarbid und die Bearbeitungsgeschwindigkeit ist mindestens fünfmal schneller als im Ätzverfahren.

Die nächste Generation leistungsfähiger KI-Chips benötigt neue Kühllösungen. Auf der Semicon Taiwan zeigt Trumpf erstmals eine neue Ultrakurzpulslaser-Anwendung, die die industrielle Fertigung von auf KI-Chips integrierten Kühlsystemen ermöglicht. «Die Wärmeabfuhr wird zum Engpass künftiger KI-Prozessoren. Ohne neue Kühlkonzepte lassen sich die hohen Anforderungen nicht erfüllen. Unsere Ultrakurzpulslaser ermöglichen die wirtschaftliche Herstellung der dafür erforderlichen Mikrostrukturen in industriellem Massstab«, sagt Cathrin Conrad, Business Development Managerin bei Trumpf und verantwortlich für das Thema Chipkühlung. Mit der neuen Laseranwendung können Chip-Hersteller Kühlstrukturen flexibel im Chip-Stack einbringen. Das Verfahren eignet sich für verschiedene Materialien, etwa Siliziumkarbid und Diamant.

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Hersteller setzen verstärkt auf Advanced Packaging, einer fortschrittlichen Halbleitertechnologie, bei der Chips gestapelt oder eng miteinander verbunden werden, um mehr Rechenleistung auf kleinem Raum zu ermöglichen. Die Wärme entsteht dadurch zunehmend im Inneren des Chip-Stacks und lässt sich mit herkömmlichen Kühlmethoden wie der Kühlung von Serverracks oder ganzen Rechenzentren nur noch eingeschränkt abführen. Führende Halbleiterhersteller haben deshalb neuartige Kühlungen für Chips in ihrer Entwicklungs-Road-Map, beispielsweise mikrofluidische Kühlung oder Heatspreader. Dabei werden feinste Strukturen im Chippackage eingebracht, die die Wärme dort abführen, wo sie entsteht.

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Die Halbleiterhersteller müssen die Kühlstrukturen etwa in Siliziumkarbid einbringen. Das Material eignet sich für anspruchsvolle Anwendungen im Halbleiterbereich und leitet die Wärme effizient ab. Die Herstellung der erforderlichen Mikrostrukturen stellt die Halbleiterbranche jedoch vor grosse Herausforderungen, da Siliziumkarbid extrem hart ist und die benötigten Strukturen extrem klein sind und diese mit etablierten Ätzprozessen nur schwer zu fertigen sind.

Trumpf Laser ermöglichen industrielle Fertigung von Kühlstrukturen

Hier kommen nun Ultrakurzpulslaser (UKP) von Trumpf zum Einsatz. «Der entscheidende Vorteil unserer Technologie: Erst die Kombination aus hoher Laserleistung, Strahlformungstechnologie und unserem langjährigen Anwendungs-Know-how machen die industrielle Fertigung integrierter Kühlsysteme im Chip-Stack möglich», sagt Conrad.

Die UKP-Laser tragen das Siliziumkarbid mikrometergenau ab und erzeugen die feinen Strukturen. Hohe Präzision ist entscheidend, damit die Kühlung zuverlässig funktioniert. Im Vergleich zum Ätzen ermöglichen die Ultrakurzpulslaser eine mindestens 5-fach höhere Bearbeitungsgeschwindigkeit bei gleichzeitiger exzellenter Oberflächenqualität und präziser Geometrie der Kühlstrukturen. So lassen sich die Anforderungen der Halbleiterindustrie an Qualität und Wirtschaftlichkeit gleichzeitig erfüllen. Denn neben der Qualität spielt für Chiphersteller vor allem die Produktivität eine zentrale Rolle.

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