Värmespridare av grafen överlägsna kolnanorör och diamant för elektroniska och fotoniska enheter säger forskare från Nano Device Laboratory

Värmespridare av grafen överlägsna kolnanorör och diamant för elektroniska och fotoniska enheter säger forskare från Nano Device Laboratory

Artikeltyp: Branschnyheter Från: Microelectronics International, volym 27, nummer 3

Forskare vid University of California-Riverside Nano Device Laboratory har funnit att värmeledningsförmågan hos grafen är högre än hos diamant- och kolnanorör, och är därför ett utmärkt material för värmehantering. Användning av grafen som en termisk hanteringskomponent gör värmeavlägsnandet mer effektivt, och därmed kan enheterna och kretsarna använda mer ström och med förlängd livslängd.

UC-Riverside professor i elektroteknik Alexander A. Balandin, Dr Dmitri Kotchetkov och Suchismita Ghosh har utvecklat en anordning och tillhörande metod för värmeavlägsning från elektroniska optoelektroniska och fotoniska anordningar via inkorporering av extremt högt värmeledande kanaler eller inbäddade lager gjorda av enkel- lager grafen, tvålagers grafen eller fålagers grafen. De värmespridande grafenskikten och tillverkningsmetoden beskrivs i US patent nr 20100085713.

Det finns en trend inom industrin att minska storleken på halvledarenheter och integrerade kretsar (IC). Samtidigt är enheterna och kretsarna designade för att utföra fler funktioner. För att tillgodose kraven på minskad storlek och ökad funktionalitet blir det nödvändigt att inkludera ett större antal kretsar i en given enhetsarea. Som en konsekvens av ökad funktionalitet och täthet i förpackningar, använder enheterna och kretsarna mer ström. Denna effekt försvinner vanligtvis som värme som genereras av enheterna. Den ökade värmegenereringen, tillsammans med behovet av att minska storleken, leder till en ökning av mängden värme som genereras per ytenhet. Ökningen av mängden värme som genereras i en given ytenhet leder till ett krav på att öka hastigheten med vilken värme överförs från enheterna och kretsarna till kylflänsar eller till omgivande miljö för att förhindra att de skadas på grund av exponering för överflödig värme.

Grafen kan användas för termisk hantering och högflödeskylning av elektroniska enheter och kretsar, såsom fälteffekttransistorer, IC:er, PCB:er, tredimensionella IC:er och optoelektroniska enheter, såsom ljusemitterande dioder, och relaterade elektroniska, optoelektroniska och fotoniska enheter och kretsar.

Grafen, som upptäckts av uppfinnarna, kännetecknas av extremt hög värmeledningsförmåga, vilket gör att det kan användas för värmeavlägsning. Utföringsformerna använder grafenens platta geometri, vilket gör att den lätt kan införlivas i enhetens struktur. Utföringsformerna möjliggör bättre termisk hantering av de elektroniska och optoelektroniska anordningarna och kretsarna och minskad energiförbrukning.

Grafen kan användas som värmespridningsmaterial och inkorporeras i anordningar och chipdesigner på sätt som inte är möjliga med andra material. De föreslagna utföringsformerna av grafenvärmespridare inkluderar grafenlager i MOSFET, IC-paket, tryckta kretskort och som fyllnadsmaterial i termiska gränssnittsmaterial.

Det finns inga kända tillämpningar av grafen som värmespridningsmaterial i halvledarenheter och kretsar, integrerade kretsförpackningar eller PCB. De flesta tillverkade halvledarenheter och integrerade kretsar inkluderar inte värmehanteringskomponenter inbäddade i substraten. Traditionella sätt att avlägsna värme (mikrovätskekylning, luftblåsning och externa kylflänsar) förblir fortfarande ineffektiva för borttagning av hotspots i området nära ström från dräneringskällan eller nya sammankopplingsledningar.

Det området absorberar det mesta av den alstrade värmen och förblir en del av enheten eller kretsen som sannolikt kommer att skadas av överdriven värme. Inbäddning av ett lager av materialet med hög värmeledningsförmåga i substratet ger en ökning av tolerabelt värmeflöde. Dessutom fortplantar värmen sig i sidled inom grafenplanet, vilket resulterar i en ökning av området för värmeavledning, minskning av värmeflödet och mer enhetlig värmeabsorption av substratet.

Grafen har mer än dubbelt så mycket värmeledningsförmåga som diamant, vilket möjliggör en ökning av värmeavlägsningshastigheten. Bearbetningskraven för grafen är lägre än för diamant. Att använda grafen som ett värmespridningsmaterial i halvledarenheter, chipförpackningar och PCB gör en ökning av tolerabel effekt möjlig.

 

källa: Värmespridare av grafen överlägsna kolnanorör och diamant för elektroniska och fotoniska enheter säger forskare från Nano Device Laboratory | Emerald Insight

Översätt "