Semiconductor Research Corporation (SRC) och forskare från Stanford University har utvecklat en ny kombination av element som ger ett unikt nanostrukturmaterial för förpackning. Detta framsteg bör tillåta längre livslängd för halvledarenheter samtidigt som de kostar mindre än dagens toppmoderna material. Förutom chiptillverkare, flera andra industrier skulle också kunna få större produkteffektivitet från relaterad värmeenergihanteringsteknik.
För halvledare, förbättringen kommer i form av förpackningar för enheter. Nuvarande, tillverkare måste förlita sig på små stift eller tjockt lod för att binda samman delar av halvledaren för att enheten ska fungera. Dock, nuvarande lödmaterial tenderar att brytas ned och misslyckas på grund av värme och mekanisk påfrestning. För att fortsätta skalningen av integrerade kretsar, SRC och Stanford har undersökt material som ger en hög termisk anslutning – jämförbar med koppar – med den flexibla följsamheten hos skum. Svaret har skapats genom en nanostrukturerad termisk tejp som leder värme som en metall samtidigt som den tillåter de närliggande materialen att expandera och dra ihop sig med temperaturförändringar (metaller är för styva för att tillåta detta). Denna förmåga att minska chiptemperaturerna samtidigt som den är kompatibel är ett viktigt genombrott för elektronisk förpackning.
"En stor vägspärr för att öka prestanda hos moderna chips är hot spots, eller millimeterstora regioner med hög kraftgenerering. Detta framsteg inom nanostrukturerade material och metoder kommer att tillåta oss att bättre kyla dessa fläckar och fungerar som en nyckel möjliggörare för förtätning av beräkningskretsar, " sa professor Ken Goodson, ledande forskare för SRC vid Stanford University. "Detta kan hjälpa förpackningar att motstå kraven i Moores lag."
När man tar itu med utmaningarna med miniatyrisering, den första försvarslinjen för hot spots är gränssnittsmaterialet. Genom att införliva nästan två decennier av avancerad forskning och simuleringar för problem på förpackningsnivå - mycket av det finansierat av SRC - kom Stanford-teamet till slut fram till sin unika kombination av bindemedelsmaterial som omger kolnanorör. Denna innovation förväntas underlätta den högsta värmeledningen och den mest önskvärda nivån av elasticitet för alla kända förpackningslösningar.
"Forskare älskar att skapa användbara material och strukturer som vi aldrig har sett förut, och detta nya termiska nanotape revolutionerar chipets kylflänskontakt, ”Sa Jon Candelaria, chef för Interconnect and Packaging Sciences på SRC. "Istället för att tvingas lita på egenskaperna hos ett enda material, denna kombination ger den integrerade kretsindustrin en möjlighet att kringgå allvarliga prestandabegränsningar och fortsätta att förbättra förpackningen utan att lägga till kostnader. ”
Medan forskningen finansierades av medlemmar i SRC för att förbättra datorchips, Efterfrågan på tillämpningar av denna typ av termiska gränssnitt ökar också i andra industrier. Till exempel, flera bilrelaterade företag hoppas kunna återvinna elektrisk kraft från heta avgaser i bilar och lastbilar med hjälp av termoelektriska energiomvandlare-vilket möjliggör bättre bränsleekonomi-men tillförlitliga gränssnitt är ett problem för denna teknik. Professor Goodson leder ett stort anslag från National Science Foundation-Department of Energy Partnership on Thermoelectric Devices for Vehicle Applications, med målet att överföra det SRC-finansierade gränssnittsarbetet till fordon.
Patent för tekniken är under behandling. Nästa steg i forskningen är att licensiera de nya metoderna och materialen till avancerade termiska gränssnittsföretag för perfektion av applikationen. Slutanvändare förväntas dra nytta av tekniken 2014.
