Новий прорив у з’єднаннях для електроніки
Вчені з Китаю представили інноваційний тип механічного з’єднання для електронних пристроїв, заснований на традиційних столярних техніках. Метою їхньої роботи було вирішення ключової проблеми в електроніці: неефективної передачі тепла та електрики між різними матеріалами, що використовуються в процесорах, світлодіодах, електромобілях та швидких зарядних пристроях.
Електронні системи складаються з багатьох шарів і частин, виготовлених з різних матеріалів. Ефективність переносу струму та тепла залежить від хорошої контактності цих матеріалів. Інженери зазвичай просто стискають їх, створюючи механічні з’єднання, але цей метод часто призводить до нерівностей контактних поверхонь, які сповільнюють рух електронів і теплових коливань – фононів.
Коли струм та тепло не можуть ефективно переміщатися через такі з’єднання, виникає додатковий електричний опір. Це створює небажане тепло, погіршує енергоефективність і може навіть призвести до пошкодження пристроїв або їх перегріву.
Дослідницька група з Південно-Східного університету запропонувала нове рішення, натхненне давніми столярними техніками, які використовуються столярами для надійного з’єднання дерев’яних деталей без пошкодження матеріалу. Головний дослідник Менглон Хао зазначив, що його завжди вражали традиційні інженерні рішення.
Команда дослідників адаптувала столярні з’єднання для мікроскопічних застосувань у електроніці, зменшивши їх до малих візерунків, що підходять для кремнієвих мікросхем і сучасних компонентів. За словами Хао, нові структури забезпечують дуже високу контактну провідність як електричну, так і теплову.
Одна з найважливіших проблем охолодження електронних пристроїв полягає в крихкості кремнієвих мікросхем. Хоча сильне зношення покращує контакт, надмірний тиск може призвести до тріщин або пошкодження мікросхеми. Нові конструкції, натхнені столярством, вирішили цю задачу, застосувавши зсувне напруження, що діє як бічна сила. Це сприяє кращому руху електронів і фононів крізь тонкі діелектричні бар’єри.
Дослідники протестували нові з’єднання на світлодіодних компонентах. Результати показали значні покращення: температура всередині мікросхеми знизилася на 44 градуси Цельсія в порівнянні зі стандартними з’єднаннями.
Хао підкреслив, що тип прикладеної сили має таке ж значення, як і величина тиску. Зсувне напруження, спричинене тертям, значно покращує провідність енергії в порівнянні з простим вертикальним тиском.
Вчені вважають, що ця технологія може в подальшому покращити багато продуктів, включаючи комп’ютерні процесори, світлодіодні системи, дисплеї, обладнання для сонячної енергетики, вітрогенератори, швидкі зарядні пристрої та електромобілі. Поліпшена теплопередача може збільшити тривалість служби пристроїв, знизити енергоспоживання і підвищити їхню безпеку.
