Fujitsu zastosowało nanorurki do chłodzenia układów scalonych

Fujitsu zastosowało nanorurki do chłodzenia układów scalonych

Fujitsu opracowało nowatorskie układy odprowadzania ciepła z układów scalonych oparte na nanorurkach węglowych. Znajdą one zastosowanie we wzmacniaczach wysokiej częstotliwości, w urządzeniach przenośnych. Naukowcy Fujitsu donieśli o tym na International Electron Devices Meeeting w Waszyngtonie. Ich osiągnięcie ma umożliwić wzmacniaczom osiągnąć jednocześnie duże wzmocnienie i wysokie częstotliwości pracy.

Badacze uważają również, że ich technologia stanowi krok naprzód w stosowaniu nanorurek jako przewodników ciepła. Prace te są częścią projektu powstającego we współpracy z Japan Fine Ceramics Center. Komercyjne wersje tego rozwiązania mają się pojawić za trzy lata.

Fujitsu pracuje teraz nad zwiększeniem gęstości nonorurek, tak aby umożliwić późniejsze usprawnienia technologiczne.

Badaczy do dalszych wysiłków motywuje fakt, że ich technologia jest wolna od podstawowej wady tradycyjnych rozwiązań - a mianowicie redukcji wzmocnienia wraz ze wzrostem częstotliwości. Następuje to w wyniku działania indukcyjności połączeń wykonanych z drutu, a łączących krzemowy chip z wyprowadzeniami układu scalonego.

Osiągnięto to dzięki odwróceniu „do góry nogami” chipu – właściwej części układu scalonego, i połączeniu go z obudową za pomocą krótkich metalowych „guzków” (ang. bumps). Guzki te są zrobione ze złota lub innych metali. Niestety w wzmacniaczach dużej mocy guzki nie są w stanie odprowadzić dostatecznie szybko ciepła generowanego przez tranzystory mocy.

Największym sukcesem badaczy Fujitsu i największą nowością jest technologia wzrostu nanorurek. Użyli oni żelaza jako katalizatora i dzięki temu uzyskali nanorurki o wysokości 15 mikrometrów na podstawie z krzemu. Guzki do przyłączania układu scalonego muszą mieć przynajmniej 10 mikrometrów. Ponieważ przewodnictwo cieplne nanorurek wynosi 1400W/[m*K], czyli o rząd wielkości więcej niż w przypadku metali dotychczas używanych, mogą one szybciej odprowadzać ciepło z układu scalonego. Umożliwia to zwiększenie mocy układu bez konieczności jego powiększania.

Opracowano także nowe metody łączenia nanorurek z chipem. Dzięki nim otrzymano układ o podobnej charakterystyce cieplnej jak przy klasycznym połączeniu, ale udało się zredukować indukcyjność połączeń o 50%. Da to przynajmniej 2dB wzmocnienia więcej przy częstotliwości 5GHz i większych.