En électronique, la soudure est utilisée pour connecter deux parties ensemble. Comme un pont, l'une de ses fonctions les plus importantes est de transférer la chaleur des composants électroniques critiques vers le dissipateur thermique, qui utilise de l'air ou de l'eau pour dissiper la chaleur en toute sécurité. Alors que les progrès technologiques permettent la création d'ordinateurs et de composants électroniques plus petits et plus puissants, et avec des températures dans les puces informatiques atteignant plus de 100 °C, cette fonction de dissipation thermique est devenue plus cruciale que jamais.

Cependant, les soudures conventionnelles atteignent la limite de leur capacité à conduire efficacement la chaleur sur une longue durée de vie, faisant de la dissipation thermique un facteur limitant pour le développement ultérieur de l'informatique et de l'électronique. Si ces domaines doivent aller plus loin, ce goulot d'étranglement crucial devra être surmonté.

Entrez "supersolder".

Le produit d'un DARPA Young Faculty Award 2013, la supersoudure est un matériau d'interface thermique (TIM) développé par Sheng Shen, professeur agrégé de génie mécanique à Carnegie Mellon, en collaboration avec des chercheurs du Laboratoire national des énergies renouvelables. Quatre années de travail ont abouti à la création d'un matériau pouvant remplir le même rôle que les soudures conventionnelles, mais avec deux fois la conductance thermique des TIM de pointe actuels.

Le secret de la percée de Shen réside dans les réseaux de nanofils cuivre-étain.

"Les nanofils sont développés à partir d'un gabarit, comme un moule, en utilisant de petits pores, " dit Shen. " C'est la technologie des puces utilisant la galvanoplastie, cultivé une couche à la fois, comme la façon dont vous enduisez un cordon électrique en le trempant dans l'électrolyte."

Le réseau résultant présente des propriétés thermiques remarquables, inégalée par tous les matériaux de soudure actuels. Cependant, ce n'est pas seulement sa conductance thermique qui rend la supersoudure unique.

Supersolder présente également une conformité extraordinaire, ou l'élasticité, comparable à celui du caoutchouc ou d'autres polymères. C'est important, car les pièces que la soudure relie se dilatent et se contractent lorsqu'elles sont chauffées, souvent à des taux variables entre deux parties de composition différente. La diminution de la conformité est souvent la chute des soudures conventionnelles, à mesure qu'ils deviennent cassants au fil d'une utilisation répétée, dégradant leur capacité à conduire la chaleur au fil du temps. Selon Shen, la conformité de la supersoudure est supérieure à celle de ces matériaux de deux à trois ordres de grandeur.

Une expérience menée par son équipe a comparé un assemblage de supersoudure à un assemblage de soudure conventionnel d'étain. Alors que la soudure conventionnelle a commencé à décliner en conductance thermique après moins de 300 heures de cycle, la supersoudure a continué à fonctionner à la conductance thermique maximale après plus de 600 heures. En réalité, il a si bien fonctionné que ses limites exactes sont encore inconnues.

"Nous savons que cela peut continuer, " dit Shen. " La seule raison pour laquelle nous avons mis fin à l'expérience était parce que nous devions publier le journal ! "

Alors que les limites supérieures de la capacité de la supersoudure sont encore à l'étude, ses futures applications potentielles sont évidentes. Supersolder pourrait remplacer la soudure conventionnelle dans les systèmes électroniques allant des micro-électroniques et portables aux centres de données de la taille d'un entrepôt, réduire les températures pour permettre des améliorations significatives de la densité de puissance et de la fiabilité. Tout ce que la soudure conventionnelle peut faire, supersolder peut faire mieux, presque.

Alors que Shen est très satisfait des résultats de la supersoudure, son œuvre n'est pas encore terminée; il voit encore des améliorations à apporter. Le matériau est électriquement conducteur :un attribut indésirable dans certaines applications. Par conséquent, son prochain objectif est de créer une version de supersoudure qui peut conserver sa conductance thermique, tout en agissant comme un isolant électrique.

Après quatre ans de travail, il y a peu de choses qui pourraient le dissuader de perfectionner son matériel.

« L'idée est très simple :vous avez un défi, et tu continues d'essayer jusqu'à ce que ça marche."