Supersolderilla on vertaansa vailla olevia lämpöominaisuuksia

Anonim

Elektroniikassa juotetta käytetään yhdistämään kaksi osaa yhteen. Sillana yksi tärkeimmistä tehtävistään on siirtää lämpö pois kriittisistä elektroniikkakomponenteista ja kohti jäähdytyselementtiä, joka käyttää ilmaa tai vettä turvallisesti lämmön poistamiseksi. Koska tekninen kehitys mahdollistaa pienempien ja tehokkaampien tietokoneiden ja elektroniikan muodostamisen - ja tietokonevirheiden lämpötiloissa, jotka ovat yli 100 ° C: n lämpötila, tämä lämmönhukkuustoiminta on tullut entistä tärkeämmäksi.

Kuitenkin tavanomaiset juotokset ovat saavuttaneet rajan niiden kyvystä käyttää lämpöä tehokkaasti pitkän käyttöiän ajan, jolloin lämpöhäviö on rajoittava tekijä lisätietotekniikan ja elektroniikan kehittämisessä. Jos nämä alat edistyvät edelleen, tämä ratkaiseva pullonkaula on voitettava.

Anna "supersolder".

Vuoden 2013 DARPA Young Faculty Award -palkinnon tuote on terminen käyttöliittymä (TIM), jonka on kehittänyt Carnegie Mellonin mekaanisen tekniikan apulaisprofessori Sheng Shen kehittämässä yhteistyössä National Renewable Energy Laboratoryn tutkijoiden kanssa. Neljä vuotta työstä on johtanut sellaisen materiaalin luomiseen, joka pystyy täyttämään saman roolin kuin tavanomaiset juotokset, mutta kahdella nykyisellä huipputeknistä TIM-mallilla.

Shenin läpimurron salaisuus on kupari-tin nanowire -malleja.

"Nanoputket kasvatetaan mallista, kuten muotia, käyttäen pieniä huokosia", Shen sanoo. "Se on sirutekniikka, jossa käytetään elektrolyyttistä materiaalia, kasvatetaan kerroksittain kerrallaan, kuten taputtamalla sähköjohtoa kastamalla se elektrolyytiksi."

Tuloksena olevasta ryhmästä on huomattavia lämpöominaisuuksia, joita ei ole verrattu mihinkään nykyiseen juotosmateriaaliin. Kuitenkin se ei ole pelkästään sen lämmönjohtavuus, joka tekee supersolderista ainutlaatuisen.

Supersolderilla on myös poikkeuksellinen noudattaminen tai kimmoisuus samaan tapaan kuin kumilla tai muilla polymeereillä. Tämä on tärkeä, koska osat, joita juote liittää, laajenevat ja sopimusta kuumennettaessa, usein vaihtelevissa määrin eri osien välillä. Yksinkertainen noudattaminen on usein perinteisten juottojen romahdus, koska ne kasvavat hauraaksi toistuvaan käyttöön, mikä heikentää niiden kykyä lämmittää ajan myötä. Shenin mukaan supersolderin sääntöjen noudattaminen on korkeampi kuin näillä aineilla kahdesta kolmeen suuruusluokkaan.

Koe, jonka hänen tiimensä suoritti, sopi yhteen supersolder-kokoonpanon kanssa tinan tavanomaisen juotosyhdistelmää vastaan. Vaikka perinteinen juotos alkoi laskea lämmönjohtavuudessa vähemmän kuin 300 tuntia pyöräilyä, supersolder jatkoi toimintaansa huippupäässä lämmönjohtavuuden jälkeen yli 600 tunnin kuluttua. Itse asiassa se tapahtui niin hyvin, että sen tarkat rajat ovat vielä tuntemattomia.

"Tiedämme, että se voi jatkua", sanoo Shen. "Ainoa syy siihen, että päätimme kokeilun, oli, koska meidän piti julkaista paperi!"

Vaikka supersolder-ominaisuuden ylärajat tutkitaan parhaillaan, mahdolliset tulevat sovellukset ovat selvät. Supersolder voi korvata tavanomaisen juotoksen elektroniikkajärjestelmissä, jotka vaihtelevat mikro- ja kannettavaelektroniikasta varastokokoisille datakeskuksille, mikä vähentää lämpötilaa, mikä mahdollistaa merkittävästi tehon tiheyden ja luotettavuuden parantamisen. Mitä tahansa tavanomaista juotinta voi tehdä, supersolder voi tehdä paremmin - melkein.

Vaikka Shen on erittäin tyytyväinen supersolderin tuloksiin, hänen työnsä ei ole vielä valmis; hän näkee edelleen parantamisen varaa. Materiaali on sähköä johtavaa: ominaisuus, joka ei ole toivottavaa tietyissä sovelluksissa. Siksi hänen seuraava tavoite on luoda supersolderin versio, joka voi säilyttää lämmönjohtavuutensa toimimalla sähköeristeenä.

Nelivuotisen työn jälkeen on vähän, mikä voisi estää häntä tekemästä materiaalinsa täydellisyyttä.

"Ajatus on hyvin yksinkertainen: sinulla on haaste, ja yrität yrittää, kunnes teet sen toimimaan."

menu
menu