Forskere udvikler en unik kombination af elementer til termisk nanotape

Semiconductor Research Corporation (SRC) og forskere fra Stanford University har udviklet en ny kombination af elementer, der giver et unikt nanostrukturmateriale til emballering. Dette fremskridt skulle give længere levetid for halvlederenheder, samtidig med at det koster mindre end de nuværende avancerede materialer. Ud over chipproducenter, flere andre industrier kunne også opnå større produkteffektivitet fra relateret termisk energistyringsteknologi.

For halvledere, forbedringen vil komme i form af emballage til enheder. I øjeblikket, fabrikanter skal stole på bittesmå stifter eller tykt loddemateriale til at binde sektioner af halvlederen for at enheden kan fungere. Imidlertid, nuværende loddematerialer har en tendens til at nedbrydes og svigte på grund af varme og mekanisk belastning. For at fortsætte skaleringen af ​​integrerede kredsløb, SRC og Stanford har undersøgt materialer, der giver en høj termisk forbindelse - sammenlignelig med kobber - med den fleksible overensstemmelse med skum. Svaret er blevet skabt gennem et nanostruktureret termisk tape, der leder varme som et metal, mens det tillader de tilstødende materialer at udvide sig og trække sig sammen med temperaturændringer (metaller er for stive til at tillade dette). Denne evne til at reducere chiptemperaturer, mens den forbliver kompatibel, er et vigtigt gennembrud for elektronisk emballage.

"En stor blokering for at øge ydeevnen af ​​moderne chips er hot spots, eller millimeterstore områder med høj elproduktion. Dette fremskridt inden for nanostrukturerede materialer og metoder vil give os mulighed for bedre at afkøle disse pletter og fungerer som en nøglemuligator for fortætning af beregningskredsløb, " sagde professor Ken Goodson, ledende forsker for SRC ved Stanford University. "Dette kan hjælpe emballage til at modstå kravene i Moores lov."

Ved at løse udfordringerne ved miniaturisering, den første forsvarslinje for hot spots er grænsefladematerialet. Ved at inkorporere næsten to årtiers avanceret forskning og simuleringer af problemer på emballageniveau - meget af det finansieret af SRC - nåede Stanford-teamet i sidste ende frem til deres unikke kombination af bindemiddelmaterialer omkring kulstofnanorør. Denne innovation forventes at lette den højeste termiske ledning og det mest ønskværdige niveau af elasticitet af alle kendte emballageløsninger.

"Forskere elsker at skabe nyttige materialer og strukturer, som vi aldrig har set før, og denne nye termiske nanotape revolutionerer chippens kølepladekontakt, " sagde Jon Candelaria, direktør for Interconnect and Packaging Sciences på SRC. "I stedet for at blive tvunget til at stole på egenskaberne af et enkelt materiale, denne kombination giver industrien med integrerede kredsløb en mulighed for at omgå alvorlige ydeevnebegrænsninger og fortsætte med at forbedre emballagen uden at øge omkostningerne."

Mens forskningen blev finansieret af medlemmer af SRC for at forbedre computerchips, efterspørgslen efter applikationer af denne form for termisk grænseflade er også stigende i andre industrier. For eksempel, flere bilrelaterede virksomheder håber at genvinde elektrisk strøm fra varme udstødningsgasser i biler og lastbiler ved hjælp af termoelektriske energiomformere - hvilket muliggør en bedre brændstoføkonomi - men pålidelige grænseflader er et problem for denne teknologi. Professor Goodson leder en større bevilling fra National Science Foundation-Department of Energy Partnership on Thermoelectric Devices for Vehicle Applications, med det mål at overføre det SRC-finansierede grænsefladearbejde til køretøjer.

Der mangler patenter på teknologien. Det næste trin i forskningen er at licensere de nye metoder og materialer til avancerede termiske grænsefladevirksomheder for perfektion af applikationen. Slutbrugere forventes at drage fordel af teknologien i 2014.