Semiconductor Research Corporation (SRC) e ricercatori della Stanford University hanno sviluppato una nuova combinazione di elementi che produce un materiale nanostrutturato unico per l'imballaggio. Questo progresso dovrebbe consentire una vita più lunga per i dispositivi a semiconduttore, pur costando meno degli attuali materiali allo stato dell'arte. Oltre ai produttori di chip, molti altri settori potrebbero anche ottenere una maggiore efficienza dei prodotti dalla relativa tecnologia di gestione dell'energia termica.
Per i semiconduttori, il miglioramento arriverà sotto forma di imballaggio per i dispositivi. Attualmente, i produttori devono fare affidamento su pin minuscoli o saldature spesse per collegare le sezioni del semiconduttore affinché il dispositivo funzioni. Però, i materiali di saldatura attuali tendono a degradarsi e guastarsi a causa del calore e delle sollecitazioni meccaniche. Per continuare lo scaling dei circuiti integrati, SRC e Stanford hanno ricercato materiali che forniscono un'elevata connettività termica, paragonabile al rame, con la flessibilità della schiuma. La risposta è stata creata attraverso un nastro termico nanostrutturato che conduce il calore come un metallo mentre consente ai materiali vicini di espandersi e contrarsi con le variazioni di temperatura (i metalli sono troppo rigidi per consentirlo). Questa capacità di ridurre la temperatura del chip pur rimanendo conforme è un passo avanti fondamentale per gli imballaggi elettronici.
"Un grande ostacolo all'aumento delle prestazioni dei chip moderni sono i punti caldi, o regioni di dimensioni millimetriche ad alta generazione di energia. Questo progresso nei materiali e nei metodi nanostrutturati ci consentirà di raffreddare meglio questi punti e fungerà da fattore chiave per la densificazione dei circuiti computazionali, "ha detto il professor Ken Goodson, capo ricercatore per SRC presso la Stanford University. "Questo può aiutare il packaging a resistere alle richieste della legge di Moore".
Nell'affrontare le sfide della miniaturizzazione, la prima linea di difesa per i punti caldi è il materiale di interfaccia. Incorporando quasi due decenni di ricerca avanzata e simulazioni per problemi a livello di imballaggio, in gran parte finanziati da SRC, il team di Stanford alla fine è arrivato alla loro combinazione unica di materiali leganti che circondano i nanotubi di carbonio. Si prevede che questa innovazione faciliti la massima conduzione termica e il livello di elasticità più desiderabile di qualsiasi soluzione di imballaggio nota.
“I ricercatori amano creare materiali e strutture utili che non abbiamo mai visto prima, e questo nuovo nanonastro termico rivoluziona il contatto del dissipatore di calore del chip, ” ha detto Jon Candelaria, direttore di Interconnect and Packaging Sciences presso SRC. “Invece di essere costretti a fare affidamento sulle proprietà di un solo materiale, questa combinazione offre all'industria dei circuiti integrati l'opportunità di aggirare gravi limitazioni delle prestazioni e continuare a migliorare l'imballaggio senza aggiungere costi".
Mentre la ricerca è stata finanziata dai membri della SRC per migliorare i chip dei computer, la domanda di applicazioni di questo tipo di interfaccia termica è in aumento anche in altri settori. Ad esempio, diverse aziende automobilistiche sperano di recuperare energia elettrica dai gas di scarico caldi in auto e camion utilizzando convertitori di energia termoelettrica, consentendo un migliore risparmio di carburante, ma le interfacce affidabili sono un problema per questa tecnologia. Il professor Goodson guida un'importante sovvenzione dalla National Science Foundation-Department of Energy Partnership on Thermoelectric Devices for Vehicle Applications, con l'obiettivo di trasferire il lavoro di interfaccia finanziato da SRC ai veicoli.
I brevetti per la tecnologia sono in attesa. Il prossimo passo nella ricerca è quello di concedere in licenza i nuovi metodi e materiali a società avanzate di interfaccia termica per la perfezione dell'applicazione. Gli utenti finali dovrebbero beneficiare della tecnologia entro il 2014.
