Supersolder présente des propriétés thermiques inégalées

Anonim

En électronique, la soudure est utilisée pour connecter deux pièces ensemble. En tant que pont, l'une de ses fonctions les plus importantes consiste à transférer la chaleur des composants électroniques critiques vers le dissipateur thermique, qui utilise l'air ou l'eau pour dissiper la chaleur en toute sécurité. Au fur et à mesure que les progrès technologiques permettent la création d'ordinateurs et d'appareils électroniques plus petits et plus puissants - et avec des températures dans les puces d'ordinateur supérieures à 100 ° C - cette fonction de dissipation thermique est devenue plus cruciale que jamais.

Cependant, les soudures conventionnelles atteignent la limite de leur capacité à conduire efficacement la chaleur sur une longue durée de vie, faisant de la dissipation thermique un facteur limitant pour le développement de l'informatique et de l'informatique. Si ces domaines doivent aller plus loin, ce goulot d’étranglement crucial devra être surmonté.

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Le produit Supersolder, issu du prix DARPA Young Faculty Award 2013, est un matériau d'interface thermique (TIM) développé par Sheng Shen, professeur associé de génie mécanique à Carnegie Mellon, en collaboration avec des chercheurs du Laboratoire national des énergies renouvelables. Quatre années de travail ont abouti à la création d'un matériau capable de remplir le même rôle que les soudures conventionnelles, mais avec une conductivité thermique deux fois supérieure à celle des systèmes TIM actuels.

Le secret de la percée de Shen réside dans les réseaux de nanofils de cuivre-étain.

"Les nanofils sont issus d'un gabarit, comme un moule, en utilisant de petits pores", explique Shen. "C'est la technologie des puces utilisant la galvanoplastie, développée une couche à la fois, comme la façon de recouvrir un cordon électrique en le plongeant dans l'électrolyte."

Le réseau résultant présente des propriétés thermiques remarquables, incomparables par rapport aux matériaux de soudure actuels. Cependant, ce n'est pas seulement sa conductance thermique qui rend le supersolder unique.

Supersolder présente également une conformité ou une élasticité extraordinaire, comparable à celle du caoutchouc ou d'autres polymères. Ceci est important, car les parties que la brasure relie se dilatent et se contractent lorsqu'elles sont chauffées, souvent à des vitesses variables entre deux parties de composition différente. Diminution de la conformité est souvent la chute des soudures conventionnelles, car elles deviennent fragiles sur une utilisation répétée, dégradant leur capacité à conduire la chaleur avec le temps. Selon Shen, la conformité du supersolder est supérieure à ces matériaux de deux à trois ordres de grandeur.

Une expérience menée par son équipe correspondait à un ensemble de supersolder contre un assemblage de soudure conventionnel en étain. Alors que la conductance thermique de la soudure classique commençait à diminuer après moins de 300 heures de cycle, le supersolder continuait à fonctionner à une conductance thermique maximale après plus de 600 heures. En fait, il a si bien fonctionné que ses limites exactes sont encore inconnues.

"Nous savons que cela peut continuer", déclare Shen. "La seule raison pour laquelle nous avons mis fin à l'expérience était que nous devions publier le journal!"

Alors que les limites supérieures de la capacité du supersolder sont toujours à l'étude, ses applications futures potentielles sont évidentes. Supersolder pourrait remplacer la soudure conventionnelle dans les systèmes électroniques allant de l'électronique portable et microélectronique aux centres de données de la taille d'un entrepôt, réduisant ainsi les températures pour permettre des améliorations significatives de la densité et de la fiabilité de la puissance. Tout ce que la soudure conventionnelle peut faire, le supersolder peut faire mieux, presque.

Bien que Shen soit très satisfait des résultats de Supersolder, son travail n'est pas encore terminé. il voit encore des possibilités d'amélioration. Le matériau est électriquement conducteur: un attribut indésirable dans certaines applications. Par conséquent, son prochain objectif est de créer une version de supersolder qui puisse conserver sa conductance thermique tout en agissant comme un isolant électrique.

Après quatre ans de travail, peu de choses pourraient le dissuader de perfectionner son matériel.

"L'idée est très simple: vous avez un défi à relever et vous continuez d'essayer jusqu'à ce que cela fonctionne."

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