Фотополимер с хлопьями не даст микросхемам перегреться
Учёные из Сколтеха улучшили свойства полимера, используемого в 3D-печати. Добавив в фотополимер «хлопья» нитрида бора, исследователи удвоили его теплопроводность, что потенциально может использоваться для отведения тепла от микросхем и предотвращения перегрева устройства. Работа опубликована в журнале Polymers.
Деталь из чистого фотополимера (clean) и фотополимера с добавлением 20 об. % нитрида бора (BN).
Слева — обычная фотография, справа — фотография, сделанная с использованием тепловизора.
Наполнение фотополимера приводит к эффективному рассеиванию тепла, что в результате уменьшает
перегрев микросхем.
«Разработанная технология печати — это шаг на пути объединения микроэлектроники и аддитивных технологий, — рассказывает один из авторов работы, старший преподаватель Сколтеха Станислав Евлашин. — В отличие от предыдущих работ, где внимание учёных было направлено на получение проводящих контактов для гибкой электроники, в нашей работе мы сосредоточились на улучшении свойств полимеров, которые могут использоваться для корпусирования микросхем».
По мере миниатюризации электроники проблема отвода тепла становится более актуальной: концентрируясь в меньшем объёме, та же мощность быстрее приводит к перегреву и, как следствие, к отказу устройств, для чего необходимо разрабатывать материалы с более высоким значением теплопроводности.
Сам по себе кремний, из которого состоят подложки микросхем, хорошо отводит тепло, но охлаждению может препятствовать внешний корпус микросхемы, который обладает низким значением теплопроводности. При использовании 3D-принтеров, на которых изготавливают микроэлектронику со сложной геометрией, корпус печатают пастой из фотополимера — материала, который твердеет под воздействием излучения. Как раз его свойства и улучшили учёные из Сколтеха.
«Требования к фотополимеру в данном случае — он должен хорошо проводить тепло и не проводить электрический ток, — объясняет соавтор исследования Даниил Чернодубов. — Так вот, нам удалось не просто повысить, а удвоить его теплопроводность. При этом изоляционные свойства и прочность не пострадали. Для этого в полимер добавили другое вещество, нитрид бор, в форме хлопьев — получился композитный материал». Объёмная доля нитрида бора в композите — 20%.
«Для печати мы использовали технологию Digital Light Polymerization, которая обладает высоким разрешением и может использоваться как для печати корпусов изделий со сложной геометрией, так и для печати корпусов непосредственно на кремниевом чипе, — добавляет Евлашин. — Увеличенная теплопроводность фотополимера обеспечит стабильность электронных компонентов, а также позволит эксплуатировать изделия при более высоких характеристиках».
Фотополимер с хлопьями не даст микросхемам перегреться
Учёные из Сколтеха улучшили свойства полимера, используемого в 3D-печати. Добавив в фотополимер «хлопья» нитрида бора, исследователи удвоили его теплопроводность, что потенциально может использоваться для отведения тепла от микросхем и предотвращения перегрева устройства. Работа опубликована в журнале Polymers.
Слева — обычная фотография, справа — фотография, сделанная с использованием тепловизора.
Наполнение фотополимера приводит к эффективному рассеиванию тепла, что в результате уменьшает
перегрев микросхем.
«Разработанная технология печати — это шаг на пути объединения микроэлектроники и аддитивных технологий, — рассказывает один из авторов работы, старший преподаватель Сколтеха Станислав Евлашин. — В отличие от предыдущих работ, где внимание учёных было направлено на получение проводящих контактов для гибкой электроники, в нашей работе мы сосредоточились на улучшении свойств полимеров, которые могут использоваться для корпусирования микросхем».
По мере миниатюризации электроники проблема отвода тепла становится более актуальной: концентрируясь в меньшем объёме, та же мощность быстрее приводит к перегреву и, как следствие, к отказу устройств, для чего необходимо разрабатывать материалы с более высоким значением теплопроводности.
Сам по себе кремний, из которого состоят подложки микросхем, хорошо отводит тепло, но охлаждению может препятствовать внешний корпус микросхемы, который обладает низким значением теплопроводности. При использовании 3D-принтеров, на которых изготавливают микроэлектронику со сложной геометрией, корпус печатают пастой из фотополимера — материала, который твердеет под воздействием излучения. Как раз его свойства и улучшили учёные из Сколтеха.
«Требования к фотополимеру в данном случае — он должен хорошо проводить тепло и не проводить электрический ток, — объясняет соавтор исследования Даниил Чернодубов. — Так вот, нам удалось не просто повысить, а удвоить его теплопроводность. При этом изоляционные свойства и прочность не пострадали. Для этого в полимер добавили другое вещество, нитрид бор, в форме хлопьев — получился композитный материал». Объёмная доля нитрида бора в композите — 20%.
«Для печати мы использовали технологию Digital Light Polymerization, которая обладает высоким разрешением и может использоваться как для печати корпусов изделий со сложной геометрией, так и для печати корпусов непосредственно на кремниевом чипе, — добавляет Евлашин. — Увеличенная теплопроводность фотополимера обеспечит стабильность электронных компонентов, а также позволит эксплуатировать изделия при более высоких характеристиках».
skoltech.ru