Nanorurki węglowe do chłodzenia elektroniki
Do chłodzenia elektroniki w komputerach stacjonarnych używane są wentylatory. Miniaturyzacja obwodów elektronicznych zwiększa zakres dostępnych funkcji, ale zarazem wymaga stosowania odpowiednich technik odprowadzania ciepła bezpośrednio na poszczególnych kościach krzemowych, elementach ceramicznych i laminatach organicznych. Odprowadzanie ciepła jest zatem kluczową technologią wspomagającą, a naukowcy pracujący przy finansowanym ze środków UE projekcie "Thermal management with carbon nanotube architectures" (THEMA-CNT) postanowili dopilnować, aby UE miała przewagę nad konkurencją z Ameryki i Azji. W ramach projektu THEMA-CNT stworzono techniki chłodzenia na bazie struktur nanorurek węglowych, które następnie mocowano na układach lub płytkach krzemowych oraz zespołach ceramicznych. W niektórych przypadkach udało się nawet wyhodować nanorurki węglowe bezpośrednio na podłożach docelowych. Nowa technologia jest zatem bezpośrednio kompatybilna z konwencjonalnymi technologiami produkcji układów krzemowych i pakowania mikromodułów, dzięki czemu jej wprowadzenie na rynek będzie prostsze i tańsze. Kwestia odprowadzania ciepła staje się jeszcze bardziej złożona i istotna w przypadku trójwymiarowych (wielowarstwowych) zespołów płytek krzemowych i układów scalonych. Integracja trójwymiarowa to kluczowy kierunek przyszłego rozwoju, który pozwoli uzyskać większe zagęszczenie w mniejszych układach przy krótszych połączeniach. Innowacyjne technologie chłodzenia z projektu THEMA-CNT zastosowano z powodzeniem również w warstwowych układach trójwymiarowych, w których używane są przelotki (połączenia TSV) przechodzące na wylot przez płytkę krzemową. Wypełnianie przelotek miedzią nie jest rozwiązaniem praktycznym, ponieważ rozszerzalność cieplna miedzi przekracza rozszerzalność otaczającego ją krzemu przy tej samej temperaturze. Wiąże się to z problemami natury mechanicznej, które mogą nawet prowadzić do pęknięć. Trudności te można rozwiązać poprzez zastąpienie miedzi nanorurkami węglowymi. Naukowcy zbadali też skutki zdrowotne nanorurek węglowych stosowanych w dostępnych na rynku klejach termoprzewodzących. Nie stwierdzono zwiększonego narażenia na przenikanie nanorurek węglowych w porównaniu z próbką kontrolną, co potwierdziło bezpieczeństwo próbek przygotowanych przez konsorcjum. Odprowadzanie ciepła to jedna z najważniejszych kwestii w tworzeniu obecnych i przyszłych urządzeń elektronicznych o wysokiej wydajności. Opracowane przez projekt THEMA-CNT rozwiązania chłodzenia na bazie nanorurek mają ogromny potencjał rynkowy. Dzięki nim UE może się znaleźć w awangardzie kluczowego obszaru badawczo-rozwojowego techniki.
Słowa kluczowe
Elektroniczne, odprowadzanie ciepła, nanorurki węglowe, krzem, przelotki, miedź
