EFCO, Spezialist für lüfterlose Hochleistungsrechner für Bildverarbeitung und Automation, stellt erstmals einen rundum vergoldeten IPC vor und verbessert damit die natürliche Abgabe der Verlustwärme an die Umgebungsluft um Größenordnungen. Durch die speziellen nanokristallinen Eigenschaften von elementarem Gold ist dafür eine nur ca. 2.000 Atomlagen dicke Schicht des Edelmetalls ausreichend. Entsprechend bewegt sich der Mehrpreis in der Größenordnung des eingesparten Lüfters und ist damit annähernd kostenneutral. Erste Muster wurden bereits in industriellen Applikationen getestet und haben sich im Dauereinsatz bis +125 °C bewährt. Mit dieser Innovation ist der Einsatz von IPCs nun auch in Hochtemperatur-Applikationen möglich.
Passiv gekühlte Industrierechner verwenden für die Wärmeabgabe an die Umgebungsluft in aller Regel Gehäuse aus mehrere Millimeter starkem Aluminium. Das Problem dabei: Aluminium bildet in einem natürlichen Prozess in kurzer Zeit eine Oxidschicht aus, welche den Wärmetransport stark erschwert. Zwar kann man technisch die Bildung dieser Oxidschicht verhindern und durch Eloxieren zudem die Oberfläche des Aluminiums vergrößern; die Effekte beider Maßnahmen bleiben aber deutlich hinter der Wärmetransportfähigkeit eines goldenen Gehäuses zurück.
Ein weiterer Vorteil des von EFCO entwickelten Gehäuses ist, dass eine erheblich geringere Temperaturspreizung zwischen der Oberflächentemperatur des Gehäuses und der Chips ausreicht. Während bei herkömmlicher rein passiver Kühlung über ein Aluminium-Gehäuse rund 40 K an Temperaturunterschied erforderlich sind, sinkt der erforderliche Spreizungsabstand bei Gold auf unter 10 K. Das bedeutet, dass die Chips im Inneren des Goldgehäuses bei einer Umgebungstemperatur von +95 °C die gleichen Sperrschicht-Temperaturen erreichen, wie in einem Aluminiumgehäuse bei +65 °C.
Die hervorragende Wärmetransportfähigkeit von Gold ergibt sich aus dem kubisch flächenzentrierten Raumgitter der Kristalle, welche eine der dichtesten Kugelpackungen überhaupt darstellt. Die zugrunde liegenden nanokristallinen Effekte von Gold sind von der Physik bislang nicht vollständig verstanden. Allerdings ist seit alters her bekannt, dass sich viele Eigenschaften von elementarem Gold auch mittels einer hauchdünnen Goldauflage erzielen lassen. EFCO verwendet daher eine folienartige Vergoldung mit einer Stärke von etwa 2.000 Atomlagen, was ungefähr 100 Nanometern entspricht. Dies ist in etwa ein Zehntel der Wellenlänge roten Lichtes. Im Auflicht sind diese Goldfolien daher goldfarben glänzend, während sie im Durchlicht blaugrün durchscheinen.
Technisch ist es allerdings nicht möglich, diese dünnen Schichten auf leichten, in aller Regel unedlen Metallen aufzubringen, denn das Gold würde in kurzer Zeit in das unedlere Metall eindiffundieren; die Eigenschaften des Goldüberzugs würden verloren gehen. Entsprechend muss also zunächst eine Sperrschicht aufgebracht werden, z.B. aus Nickel. Da sich aber übliche Kühlkörper aus Aluminium nicht gut vernickeln lassen, wird in der Praxis zunächst das Aluminiumgehäuse von seiner Oxidschicht befreit und anschließend galvanisch verkupfert. Auf die Kupferschicht wird das Nickel aufgebracht - und darauf dann der Goldüberzug. Da Kupfer ebenfalls eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit als Aluminium aufweist, verstärkt die Kupferschicht den Effekt der lüfterlosen Kühlung durch das Vergolden zusätzlich.
Gold reagiert kaum mit anderen Elementen. Daher bleibt der edle goldene Schimmer der Gehäuseoberfläche der neuen Industrierechner von EFCO über Jahrzehnte erhalten. Auch im industriellen Alltag vorkommende Substanzen wie Kühlschmierstoffe, Lösungs- und Reinigungsmittel oder abrasive Dämpfe können der Goldoberfläche kaum etwas anhaben.
Problematisch hingegen sind tiefe Kratzer, bei denen die Nickelschicht partiell abgetragen wird. Durch das fehlende Nickel kann das Gold in das unedlere Kupfer eindiffundieren, was nicht nur optisch unbefriedigend ist, sondern auch die Möglichkeiten der rein passiven Wärmeabgabe deutlich einschränkt. Aus der Kontakttechnik sind allerdings Reparaturmöglichkeiten bekannt, welche die Nickelschicht wieder ergänzen und damit die positive Wirkung des Goldüberzugs auf Dauer erhalten.
Passiv gekühlte Industrierechner verwenden für die Wärmeabgabe an die Umgebungsluft in aller Regel Gehäuse aus mehrere Millimeter starkem Aluminium. Das Problem dabei: Aluminium bildet in einem natürlichen Prozess in kurzer Zeit eine Oxidschicht aus, welche den Wärmetransport stark erschwert. Zwar kann man technisch die Bildung dieser Oxidschicht verhindern und durch Eloxieren zudem die Oberfläche des Aluminiums vergrößern; die Effekte beider Maßnahmen bleiben aber deutlich hinter der Wärmetransportfähigkeit eines goldenen Gehäuses zurück.
Ein weiterer Vorteil des von EFCO entwickelten Gehäuses ist, dass eine erheblich geringere Temperaturspreizung zwischen der Oberflächentemperatur des Gehäuses und der Chips ausreicht. Während bei herkömmlicher rein passiver Kühlung über ein Aluminium-Gehäuse rund 40 K an Temperaturunterschied erforderlich sind, sinkt der erforderliche Spreizungsabstand bei Gold auf unter 10 K. Das bedeutet, dass die Chips im Inneren des Goldgehäuses bei einer Umgebungstemperatur von +95 °C die gleichen Sperrschicht-Temperaturen erreichen, wie in einem Aluminiumgehäuse bei +65 °C.
Die hervorragende Wärmetransportfähigkeit von Gold ergibt sich aus dem kubisch flächenzentrierten Raumgitter der Kristalle, welche eine der dichtesten Kugelpackungen überhaupt darstellt. Die zugrunde liegenden nanokristallinen Effekte von Gold sind von der Physik bislang nicht vollständig verstanden. Allerdings ist seit alters her bekannt, dass sich viele Eigenschaften von elementarem Gold auch mittels einer hauchdünnen Goldauflage erzielen lassen. EFCO verwendet daher eine folienartige Vergoldung mit einer Stärke von etwa 2.000 Atomlagen, was ungefähr 100 Nanometern entspricht. Dies ist in etwa ein Zehntel der Wellenlänge roten Lichtes. Im Auflicht sind diese Goldfolien daher goldfarben glänzend, während sie im Durchlicht blaugrün durchscheinen.
Technisch ist es allerdings nicht möglich, diese dünnen Schichten auf leichten, in aller Regel unedlen Metallen aufzubringen, denn das Gold würde in kurzer Zeit in das unedlere Metall eindiffundieren; die Eigenschaften des Goldüberzugs würden verloren gehen. Entsprechend muss also zunächst eine Sperrschicht aufgebracht werden, z.B. aus Nickel. Da sich aber übliche Kühlkörper aus Aluminium nicht gut vernickeln lassen, wird in der Praxis zunächst das Aluminiumgehäuse von seiner Oxidschicht befreit und anschließend galvanisch verkupfert. Auf die Kupferschicht wird das Nickel aufgebracht - und darauf dann der Goldüberzug. Da Kupfer ebenfalls eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit als Aluminium aufweist, verstärkt die Kupferschicht den Effekt der lüfterlosen Kühlung durch das Vergolden zusätzlich.
Gold reagiert kaum mit anderen Elementen. Daher bleibt der edle goldene Schimmer der Gehäuseoberfläche der neuen Industrierechner von EFCO über Jahrzehnte erhalten. Auch im industriellen Alltag vorkommende Substanzen wie Kühlschmierstoffe, Lösungs- und Reinigungsmittel oder abrasive Dämpfe können der Goldoberfläche kaum etwas anhaben.
Problematisch hingegen sind tiefe Kratzer, bei denen die Nickelschicht partiell abgetragen wird. Durch das fehlende Nickel kann das Gold in das unedlere Kupfer eindiffundieren, was nicht nur optisch unbefriedigend ist, sondern auch die Möglichkeiten der rein passiven Wärmeabgabe deutlich einschränkt. Aus der Kontakttechnik sind allerdings Reparaturmöglichkeiten bekannt, welche die Nickelschicht wieder ergänzen und damit die positive Wirkung des Goldüberzugs auf Dauer erhalten.
