Semiconductor Research Corporation (SRC) et des chercheurs de l'Université de Stanford ont développé une nouvelle combinaison d'éléments qui donne un matériau nanostructuré unique pour l'emballage. Cette avancée devrait permettre une durée de vie plus longue pour les dispositifs semi-conducteurs tout en coûtant moins cher que les matériaux de pointe actuels. Outre les fabricants de puces, plusieurs autres industries pourraient également accroître l'efficacité de leurs produits grâce à la technologie connexe de gestion de l'énergie thermique.
Pour les semi-conducteurs, l'amélioration viendra sous la forme d'emballages pour les appareils. Présentement, les fabricants doivent s'appuyer sur de minuscules broches ou une soudure épaisse pour lier des sections du semi-conducteur afin que l'appareil fonctionne. Cependant, les matériaux de soudure actuels ont tendance à se dégrader et à échouer en raison de la chaleur et des contraintes mécaniques. Afin de poursuivre la mise à l'échelle des circuits intégrés, SRC et Stanford ont recherché des matériaux qui offrent une connectivité thermique élevée - comparable au cuivre - avec la souplesse de la mousse. La réponse a été créée grâce à un ruban thermique nanostructuré qui conduit la chaleur comme un métal tout en permettant aux matériaux voisins de se dilater et de se contracter avec les changements de température (les métaux sont trop rigides pour le permettre). Cette capacité à réduire la température des puces tout en restant conforme est une avancée clé pour les emballages électroniques.
« Les points chauds constituent un obstacle majeur à l'augmentation des performances des puces modernes, ou des régions millimétriques de production d'électricité élevée. Cette avancée dans les matériaux et les méthodes nanostructurés nous permettra de mieux refroidir ces points et servira de catalyseur clé pour la densification des circuits informatiques, " a déclaré le professeur Ken Goodson, chercheur principal pour le SRC à l'Université de Stanford. « Cela peut aider les emballages à résister aux exigences de la loi de Moore. »
Pour relever les défis de la miniaturisation, la première ligne de défense contre les points chauds est le matériau d'interface. Incorporant près de deux décennies de recherches avancées et de simulations pour les problèmes au niveau de l'emballage - en grande partie financés par le SRC - l'équipe de Stanford est finalement arrivée à leur combinaison unique de matériaux liants entourant les nanotubes de carbone. Cette innovation devrait faciliter la conduction thermique la plus élevée et le niveau d'élasticité le plus souhaitable de toutes les solutions d'emballage connues.
« Les chercheurs adorent créer des matériaux et des structures utiles que nous n'avons jamais vus auparavant, et ce nouveau nanotape thermique révolutionne le contact dissipateur thermique de la puce, " a déclaré Jon Candelaria, directeur des sciences de l'interconnexion et de l'emballage à la SRC. « Au lieu d'être obligé de se fier aux propriétés d'un seul matériau, cette combinaison donne à l'industrie des circuits intégrés une opportunité de contourner les limitations de performances sévères et de continuer à améliorer l'emballage sans augmenter les coûts.
Bien que la recherche ait été financée par des membres du SRC pour améliorer les puces informatiques, la demande d'applications de ce type d'interface thermique augmente également dans d'autres industries. Par exemple, plusieurs entreprises liées à l'automobile espèrent récupérer l'énergie électrique des gaz d'échappement chauds des voitures et des camions à l'aide de convertisseurs d'énergie thermoélectriques - permettant une meilleure économie de carburant - mais des interfaces fiables sont un problème pour cette technologie. Le professeur Goodson dirige une importante subvention de la National Science Foundation-Department of Energy Partnership on Thermoelectric Devices for Vehicle Applications, dans le but de transférer le travail d'interface financé par le SRC aux véhicules.
Les brevets de la technologie sont en instance. La prochaine étape de la recherche consiste à licencier les nouvelles méthodes et matériaux à des sociétés d'interfaces thermiques avancées pour perfectionner l'application. Les utilisateurs finaux devraient bénéficier de la technologie d'ici 2014.
