Studie der Peking-Universität steigert Chipkühlung mit dielektrischer Flüssigkeit auf 1.570 Watt pro Quadratzentimeter

Forschende der Peking-Universität haben ein Design für eingebettete Chipkühlung beschrieben, das ein dielektrisches Kühlmittel nutzt, also eine Flüssigkeit, die keinen Strom leitet, und eine kritische Wärmestromdichte von bis zu 1.570 Watt pro Quadratzentimeter erreicht. Die begutachtete (peer-reviewed) Arbeit erschien am 7. Oktober 2026 in Nature Electronics. Das Kühlmittel ist HFE-7100; es führt Wärme ab, indem es verdampft, ein Verfahren, das als Zweiphasenkühlung bekannt ist.

Die Autoren gehen von einem bekannten Problem aus: Chips werden immer kleiner und leistungsfähiger, daher wird es immer wichtiger, die Wärme aus ihnen abzuführen. Bei der eingebetteten Kühlung werden mikrofluidische Kanäle direkt in das Chipsubstrat geätzt, wodurch die Flüssigkeit nah an die heißesten Stellen gelangt. Laut der Arbeit kann dieser Ansatz Wärmestromdichten von bis zu 3.000 W pro Quadratzentimeter bewältigen, wenn Wasser als Kühlmittel dient. Wasser nimmt Wärme gut auf und leitet sie gut, leitet aber auch Strom, weshalb Entwickler darauf achten müssen, Kurzschlüsse zu vermeiden.

Dielektrische Kühlmittel beseitigen dieses elektrische Risiko, doch wie die Autoren schreiben, blieben frühere Techniken mit solchen Kühlmitteln oft unter 1.000 W pro Quadratzentimeter, selbst wenn die Flüssigkeit vorab gekühlt und unter Druck gesetzt wurde. Ihr Design erreicht laut dem Abstract 1.570 W pro Quadratzentimeter.

Der Zugewinn geht auf das zurück, was das Team einen Horizontal-up-Verteiler (Manifold) nennt. Flüssigkeit tritt durch horizontale Einlässe ein, was frischem Kühlmittel hilft, zur beheizten Oberfläche zurückzuströmen, und Dampf entweicht durch vertikale Auslässe, sodass er schneller abgeführt wird. Das Bauteil wird mit Technologie für mikroelektromechanische Systeme (MEMS) gefertigt; laut den Autoren bedeutet das, dass es sich in Standard-Halbleiterprozesse integrieren und für künftige Elektronik skalieren lässt. In der Arbeit aufgeführte Abbildungen vergleichen das Design mit einer als SPMC bezeichneten Struktur und mit anderen repräsentativen Zweiphasen-Kühltechnologien und behandeln zudem die Betriebsstabilität. Der vollständige Artikel liegt hinter einer Paywall; dieser Bericht stützt sich auf den Abstract und die öffentlich sichtbaren Teile der Artikelseite.

Wei Xiao und Zhihu Wu haben gleichermaßen zu der Arbeit beigetragen. Bai Song hat die Forschung konzipiert und ist korrespondierender Autor; er hat sie gemeinsam mit Wei Wang betreut. Die Autoren sind der Fakultät für Mechanik und Ingenieurwissenschaften, der Fakultät für integrierte Schaltungen und dem Nationalen Schlüssellabor für fortgeschrittene Mikro- und Nanofertigungstechnologie der Peking-Universität zugeordnet. Zu den Geldgebern zählen unter anderem die Nationale Stiftung für Naturwissenschaften Chinas, das Nationale Schlüsselprogramm für Forschung und Entwicklung Chinas und die Naturwissenschaftliche Stiftung Beijing; die Autoren erklären, dass keine konkurrierenden Interessen bestehen. Die Arbeit ging am 8. Oktober 2025 ein und wurde am 11. September 2026 angenommen. Ihr Literaturverzeichnis enthält eine 2025 in Nature Electronics erschienene Arbeit mehrerer derselben Forschenden über strahlverstärkte Manifold-Mikrokanäle, die für Wärmestromdichten von bis zu 3.000 W pro Quadratzentimeter ausgelegt sind.