Учёные создали сверхтонкие алмазные мембраны для эффективного охлаждения чипов

Специалисты немецкой сети институтов Fraunhofer разработали технологию массового производства алмазных мембран для улучшения теплоотвода от электронных компонентов. Алмазные мембраны служат проводником тепла между чипами и радиаторами, препятствуя протеканию тока и коротким замыканиям. Как показали опыты, алмазные мембраны охлаждают чипы на порядок лучше, что, например, может в пять раз ускорить зарядку электромобилей.

Алмазная теплопроводящая мембрана. Источник изображения: Fraunhofer USA, Center Midwest CMW

«Мы хотим заменить этот промежуточный слой [термоинтерфейс] нашей алмазной наномембраной, которая чрезвычайно эффективна при передаче тепла меди, поскольку алмаз можно внедрять в токопроводящие дорожки, — пояснил Маттиас Мюле (Matthias Mühle), участвующий в проекте учёный. — Поскольку наша мембрана гибкая и отделяемая, её можно разместить в любом месте компонента или меди или встроить непосредственно в контур охлаждения».

Алмазные теплораспределители не новость и уже начинают понемногу находить применение, но они обычно имеют толщину более 2 мм, что делает сложным их крепление к компонентам электронных схем. Толщина предложенных наномембран составляет всего 1 мкм. Они гибкие и могут быть прикреплены к электронным компонентам с помощью нагрева всего до 80 °C. Исследователи изготовили наномембраны путём выращивания поликристаллического алмаза поверх кремниевых пластин. Для получения требуемых контуров алмазного термоинтерфейса пластины затем протравливаются, а мембраны отделяются.

По оценкам разработчиков, алмазные наномембраны могут снизить тепловую нагрузку на электронные компоненты в 10 раз, что, конечно же, повысит энергоэффективность и срок службы как компонентов, так и устройств в целом. По словам команды, если бы мембраны были встроены в системы зарядки электромобилей, они помогли бы увеличить скорость восполнения заряда в пять раз. Возможность создавать мембраны на кремниевых подложках также означает, что наладить их массовый выпуск особого труда не составит. Соответствующая заявка на патент уже подана. Ждём тестирования новых теплоотводных решений в инверторах для зарядки электромобилей и в составе другой электроники.