Mikropumpe treibt Kühlwasser durch Chips

Haarbreite Kanäle im Labor erzeugt

An der Purdue University im US-Bundesstaat Indiana haben Wissenschaftler eine Pumpe entwickelt, die Kühlwasser direkt durch einen Halbleiter befördert. Das Wasser wird dabei durch Kanäle gepumpt, die nur 100 Mikrometer breit sind.

Artikel veröffentlicht am 27. April 2006, 17:40 Uhr, Nico Ernst

Das System, das die Forscher in der Mai-Ausgabe des Magazins "Electronics Cooling" vorstellen, ist ein mikroelektrisches mechanisches System, auch als MEMS bekannt. Dabei werden mit Fertigungstechnologien aus dem Halbleiterbereich mechanische und nicht elektonische Geräte hergestellt. Die Entwicklung fand im "Cooling Technologies Research Center" (CTRC) der Purdue University statt.

Unter der Leitung des Doktoranden Brian D. Iverson haben die Forscher in Indiana auf der Oberfläche eines nicht genauer benannten Mikrochips nun 100 Mikrometer breite Kanäle erzeugt, was in etwa der Breite eines menschlichen Haares entspricht. Entlang dieser Kanäle befinden sich Halbleiter-Elektroden, die mit umlaufenden Spannungspulsen belegt werden - vergleichbar einer Lichtschlange in einer Diskothek. Durch die sich fortbewegenden Pulse entstehen Ionen, die letztendlich das Wasser durch die Kanäle ziehen.

Derartige Effekte, auch Elektrohydrodynamik genannt, sind seit längerem bekannt. Das Team um Iverson hat dabei aber auch den Wasserdruck deutlich erhöht, indem ein piezoelektrisches Element auf der Oberseite der Kanäle seine Form entsprechend der Pulse ändert und als mechanische Pumpe arbeitet. Die Ionen sorgen für den Grundfluss und die mechanische Pumpe verstärkt ihn. 13 Prozent mehr Durchfluss sind schon erreicht, theoretisch möglich soll mit dem Konzept eine Verdopplung sein.

Brian D. Iverson mit seinem coolen Chip

Das System soll auch sehr energieeffizient arbeiten. Ohne genaue Zahlen zu nennen, gaben die Forscher an, es benötige nur einige Mikrowatt, erreiche aber eine Kühlleistung von einigen Milliwatt. Die Kühlleistung wäre damit also etwa tausend Mal größer als die aufgenommene elektrische Leistung der Kühlung selbst.

Problemfrei ist das Konzept nicht. Es hapert noch an der Dichtigkeit der Kanäle, sie ist laut Iverson nicht für die Serienfertigung gewährleistet. Und genau berechnen lässt sich die Kühlleistung auch noch nicht, da mit Hydrodynamik, Elektronik und und mechanischer Pumpe viele noch selten eingesetzte Technologien zusammenspielen müssen.